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KR20230086397A - ToF sensor device and Method for determining distance using the same - Google Patents

ToF sensor device and Method for determining distance using the same Download PDF

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KR20230086397A
KR20230086397A KR1020210174996A KR20210174996A KR20230086397A KR 20230086397 A KR20230086397 A KR 20230086397A KR 1020210174996 A KR1020210174996 A KR 1020210174996A KR 20210174996 A KR20210174996 A KR 20210174996A KR 20230086397 A KR20230086397 A KR 20230086397A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 ToF 센서 장치는 객체를 향하여 광을 방출하는 광원; 상기 광원이 상기 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부; 상기 광원이 상기 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부; 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원에 선택적으로 전달하는 스위치; 및 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A ToF sensor device according to an embodiment of the present invention includes a light source emitting light toward an object; a first driving unit outputting a first driving signal causing the light source to emit the light in a continuous wave mode; a second driving unit outputting a second driving signal causing the light source to emit the light in a pulse mode; a switch selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source; and a control unit controlling the switch so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range.

Description

ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법{ToF sensor device and Method for determining distance using the same} ToF sensor device and method for determining distance using the same

본 발명은 ToF(Time of Flight) 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 예를 들어, 모바일, 로봇, 자동차, 드론 등의 지능형 장치와 관련하여, 주위 환경의 실시간 3차원 인식 기술을 구현하기 위해 고해상도의 전방위 스캐닝이 가능한 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a Time of Flight (ToF) sensor device and a method for determining a distance using the same, and in detail, for example, in relation to intelligent devices such as mobiles, robots, cars, drones, etc. The present invention relates to a ToF sensor device capable of high-resolution omnidirectional scanning and a method for determining a distance using the same in order to implement recognition technology.

최근, 4차 산업 혁명이 주요 이슈가 됨에 따라, 주위 환경을 실시간으로 3차원적으로 인식할 수 있게 하는 ToF 센서 장치에 관한 관심이 높아지고 있다. Recently, as the 4th industrial revolution becomes a major issue, interest in ToF sensor devices capable of 3-dimensionally recognizing the surrounding environment in real time is increasing.

이러한 ToF 센서 장치는, 광원으로부터 연속파(continuous wave) 모드로 방출되는 광의 위상과 수광되는 반사광의 위상을 비교하여 거리를 감지하는 iToF(indirect ToF) 방식, 및 광원으로부터 펄스(pulse) 모드로 방출되는 광의 발광 시간과 반사광이 수광되는 수광 시간을 비교하여 거리를 감지하는 dToF(direct ToF) 방식이 있다. 일반적으로, iToF 방식은 근거리 해상도가 좋으며, dToF 방식은 원거리 측정 성능이 좋다. This ToF sensor device includes an indirect ToF (iToF) method for detecting a distance by comparing the phase of light emitted from a light source in continuous wave mode with the phase of received reflected light, and a light source emitted in pulse mode. There is a dToF (direct ToF) method that detects a distance by comparing a light emission time and a light receiving time when reflected light is received. In general, the iToF method has good short-range resolution, and the dToF method has good long-distance measurement performance.

그런데, 종래의 ToF 센서 장치는, 레이저와 같은 광원으로부터 방출되는 광의 세기가 광 방출 면(방출되는 광의 진행 방향에 직교하는 면)에 걸쳐 균일하지 않기 때문에, 복수의 렌즈가 광 방출 면에 걸쳐 배열된 렌즈 어레이(lense array) 또는 확산기(diffuser)를 통해 광의 세기를 균일화하고 있다. 그러나, 렌즈 어레이는 고가이며 장치의 두께를 증가시킨다. 또한, dToF 방식의 ToF 센서 장치는 광원으로부터 펄스 광을 방출하는데, 렌즈 어레이를 사용하는 경우, 펄스 확장(pulse broadening)으로 인한 근거리 해상도의 감소가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 확산기를 사용하는 경우, 광 손실률이 매우 높기 때문에 측정 가능 거리가 크게 저하하는 문제점이 있다. However, in a conventional ToF sensor device, since the intensity of light emitted from a light source such as a laser is not uniform across the light emitting surface (a surface orthogonal to the traveling direction of the emitted light), a plurality of lenses are arranged across the light emitting surface. The intensity of light is equalized through a lens array or a diffuser. However, the lens array is expensive and increases the thickness of the device. In addition, the dToF-type ToF sensor device emits pulsed light from a light source, and when a lens array is used, there is a problem in that short-range resolution is reduced due to pulse broadening. In addition, when a diffuser is used, since the light loss rate is very high, there is a problem in that the measurable distance is greatly reduced.

또한, 종래의 iToF 방식의 ToF 센서 장치는 근거리 해상도가 높으나 원거리 측정 성능은 낮으며, 종래의 dToF 방식의 ToF 센서 장치는 원거리 측정 성능이 높으나 근거리 해상도가 낮은 문제점이 있다. 또한, 애플(Apple) 사에서 출시한 ToF 센서 장치는, 홀로그램 광학계와 특수한 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 이용하여 발광 포인트를 개별적으로 스위칭함으로써 근거리 해상도를 높이고 있으나, 구조가 복잡하고 고가이며, 방출되는 광의 세기에 관한 프로파일(profile)이 균일하지 못하고, 광 손실이 상당히 발생하는 문제점이 있다. In addition, the conventional iToF-type ToF sensor device has high short-range resolution but low long-range measurement performance, and the conventional dToF-type ToF sensor device has high long-range measuring performance but low short-range resolution. In addition, the ToF sensor device released by Apple uses a hologram optical system and a special Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) to individually switch light emitting points to increase short-range resolution. There are problems in that the structure is complex and expensive, the profile of the intensity of emitted light is not uniform, and significant light loss occurs.

본 발명의 목적은, 렌즈 어레이 및 확산기 등과 같은 추가적인 광학 소자가 없더라도, 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 광 방출 면에 걸쳐 균일화함으로써, 장치를 소형화시키고 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 근거리 해상도와 원거리 측정 성능을 모두 높일 수 있는 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법을 제공하는 데에 있다. An object of the present invention is to uniformize the intensity of light emitted from a light source over the light emitting surface even without additional optical elements such as a lens array and a diffuser, thereby miniaturizing the device and reducing manufacturing cost, as well as providing near-field resolution and far-field resolution. It is an object of the present invention to provide a ToF sensor device capable of increasing all measurement performance and a method for determining a distance using the ToF sensor device.

본 발명의 다른 목적은, 기존에 불가능했던 단일 모듈에서의 iToF/dToF 스위칭 방식의 센서 기술을 단순한 구조로 구현함으로써, 제조 비용이 낮고 안정적이며 고성능인 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법을 제공하는 데에 있다. Another object of the present invention is to provide a low-cost, stable and high-performance ToF sensor device and a distance determination method using the same, by implementing the conventionally impossible iToF/dToF switching sensor technology in a single module with a simple structure. is in

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예의 제1 특징에 따르는 ToF 센서 장치는 객체를 향하여 광을 방출하는 광원; 상기 광원이 상기 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부; 상기 광원이 상기 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부; 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원에 선택적으로 전달하는 스위치; 및 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a ToF sensor device according to a first feature of an embodiment of the present invention includes a light source emitting light toward an object; a first driving unit outputting a first driving signal causing the light source to emit the light in a continuous wave mode; a second driving unit outputting a second driving signal causing the light source to emit the light in a pulse mode; a switch selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source; and a control unit controlling the switch so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range.

본 발명의 실시예의 제2 특징에 따르는 ToF 센서 장치는 객체를 향하여 광을 방출하는 광원; 상기 광원이 상기 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부; 상기 광원이 상기 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부; 상기 광원을 가열시키는 가열부 및 상기 광원을 냉각시키는 냉각부 중 하나 이상을 구비하는 가열/냉각 소자; 및 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 가열/냉각 소자를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A ToF sensor device according to a second aspect of an embodiment of the present invention includes a light source emitting light toward an object; a first driving unit outputting a first driving signal causing the light source to emit the light in a continuous wave mode; a second driving unit outputting a second driving signal causing the light source to emit the light in a pulse mode; a heating/cooling element having at least one of a heating unit for heating the light source and a cooling unit for cooling the light source; and a control unit controlling the heating/cooling element so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range.

본 발명의 실시예의 제3 특징에 따르는 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법은 a) 광원, 제1 구동부, 제2 구동부, 스위치, ToF 센서, 및 제어부를 포함하는 ToF 센서 장치의 상기 제1 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하고, 상기 제2 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 단계; b) 상기 제어부에 의해, 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원에 선택적으로 전달하는 상기 스위치를 제어하는 단계; 및 c) 상기 제어부에 의해, 상기 광이 객체에서 반사되어 상기 ToF 센서로 수광되는 반사광에 대한 감지 신호에 근거하여 상기 객체의 거리를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A distance determination method using a ToF sensor device according to a third feature of an embodiment of the present invention includes a) a first driving unit of a ToF sensor device including a light source, a first driving unit, a second driving unit, a switch, a ToF sensor, and a control unit. outputting a first drive signal to cause the light source to emit light in a continuous wave mode, and outputting a second drive signal to cause the light source to emit light in a pulse mode by the second driver; b) controlling, by the control unit, the switch for selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range; and c) determining, by the control unit, a distance of the object based on a detection signal for reflected light that is reflected from the object and received by the ToF sensor.

본 발명의 실시예의 제4 특징에 따르는 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법은 a) 광원, 제1 구동부, 제2 구동부, 가열/냉각 소자, ToF 센서, 및 제어부를 포함하는 ToF 센서 장치의 상기 제1 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하고, 상기 제2 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 단계; b) 상기 제어부에 의해, 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 광원에 대한 가열 및 냉각 중 하나 이상을 수행하는 상기 가열/냉각 소자를 제어하는 단계; 및 c) 상기 제어부에 의해, 상기 광이 객체에서 반사되어 상기 ToF 센서로 수광되는 반사광에 대한 감지 신호에 근거하여 상기 객체의 거리를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A distance determination method using a ToF sensor device according to a fourth feature of an embodiment of the present invention is a) a ToF sensor device including a light source, a first driving unit, a second driving unit, a heating/cooling element, a ToF sensor, and a control unit. outputting, by a first driving unit, a first driving signal for causing the light source to emit light in a continuous wave mode, and outputting, by the second driving unit, a second driving signal for causing the light source to emit light in a pulse mode; ; b) controlling, by the control unit, the heating/cooling element that performs at least one of heating and cooling the light source so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range; and c) determining, by the control unit, a distance of the object based on a detection signal for reflected light that is reflected from the object and received by the ToF sensor.

본 발명의 실시예에 따른 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다. The following effects are achieved by using the ToF sensor device and the distance determining method using the ToF sensor device according to the embodiment of the present invention.

1. 렌즈 어레이 및 확산기 등과 같은 추가적인 광학 소자가 없더라도, 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 광 방출 면에 걸쳐 균일화함으로써, 장치를 소형화시키고 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 근거리 해상도와 원거리 측정 성능을 모두 높일 수 있다. 1. Even without additional optical elements such as lens arrays and diffusers, the intensity of the light emitted from the light source is uniformized over the light emitting surface, thereby miniaturizing the device and reducing manufacturing cost, as well as providing both near-field resolution and long-field measurement performance. can be raised

2. 기존에 불가능했던 단일 모듈에서의 iToF/dToF 스위칭 방식의 센서 기술을 단순한 구조로 구현함으로써, 제조 비용이 낮고 안정적이며 고성능인 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법을 제공할 수 있다. 2. By implementing iToF/dToF switching sensor technology in a single module, which was previously impossible, with a simple structure, it is possible to provide a low-cost, stable and high-performance ToF sensor device and a distance determination method using the same.

이하, 본 발명에 따른 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 분해 사시도이다.
도 3은, 비교예 1에 따른 ToF 센서 장치에 있어서, 광원으로부터 방출되는 광의 세기, 및 이러한 광이 객체에서 반사된 반사광을 이용하여 얻어진 객체의 이미지를 보여주는 도이다.
도 4는 비교예 2에 따른 ToF 센서 장치에 있어서, 광원으로부터 방출되는 광의 세기, 및 이러한 광이 객체에서 반사된 반사광을 이용하여 얻어진 객체의 이미지를 보여주는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 광원으로부터 방출되는 광의 세기에 대한 개략적인 프로파일(profile)을 보여주는 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치의 블록도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치의 부분 단면도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치의 부분 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법의 순서도이다.
Hereinafter, a preferred embodiment of a ToF sensor device according to the present invention and a method for determining a distance using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a block diagram of a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention.
2A is a perspective view of a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention.
2B is an exploded perspective view of a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an image of an object obtained by using intensity of light emitted from a light source and reflected light reflected from the object in the ToF sensor device according to Comparative Example 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an image of an object obtained by using intensity of light emitted from a light source and reflected light reflected from the object in the ToF sensor device according to Comparative Example 2; FIG.
5 is a diagram showing a schematic profile of the intensity of light emitted from a light source of a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a method for determining a distance using a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a ToF sensor device according to a modified example of an embodiment of the present invention.
8A is a partial cross-sectional view of a ToF sensor device according to a modification of an embodiment of the present invention.
8B is a partial plan view of a ToF sensor device according to a modified example of an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart of a method for determining a distance using a ToF sensor device according to a modified example of an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 ToF 센서 장치 및 이를 이용한 거리 판단 방법의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of a ToF sensor device according to the present invention and a method for determining a distance using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 블록도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 분해 사시도이다. 1 is a block diagram of a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a perspective view of the ToF sensor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a ToF sensor according to an embodiment of the present invention. An exploded perspective view of the device.

도 1 내지 도 2b와 관련하여, 제1 구동부(120), 제2 구동부(130), 스위치(140), 제어부(150), 및 저장부(180)는 도 1에 도시되어 있으나, 도 2a 및 도 2b에는 도시되어 있지 않다. 1 to 2B, the first driving unit 120, the second driving unit 130, the switch 140, the control unit 150, and the storage unit 180 are shown in FIG. 1, but FIGS. 2A and 2B. It is not shown in Figure 2b.

도 3은, 비교예 1에 따른 ToF 센서 장치에 있어서, 광원으로부터 방출되는 광의 세기, 및 이러한 광이 객체에서 반사된 반사광을 이용하여 얻어진 객체의 이미지를 보여주는 도이다. 구체적으로, 도 3의 우측은 광 중심으로부터의 거리에 따른 광 세기에 대한 그래프, 및 광원(110)의 광 방출 면을 봤을 때 나타나는 광의 세기에 대한 이미지를 보여준다. 도 3의 좌측은 비교예 1에 따른 ToF 센서 장치로부터 얻어진 객체의 이미지를 보여준다. 또한, 비교예 1에 따른 ToF 센서 장치는 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로만 방출하는 dToF 방식의 ToF 센서 장치이다. 또한, 광원(110)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저로 구현되었다. FIG. 3 is a diagram showing an image of an object obtained by using intensity of light emitted from a light source and reflected light reflected from the object in the ToF sensor device according to Comparative Example 1. FIG. Specifically, the right side of FIG. 3 shows a graph of light intensity according to a distance from the light center and an image of light intensity that appears when the light emitting surface of the light source 110 is viewed. The left side of FIG. 3 shows an image of an object obtained from the ToF sensor device according to Comparative Example 1. In addition, the ToF sensor device according to Comparative Example 1 is a dToF type ToF sensor device in which the light source 110 emits light L only in a pulse mode. In addition, the light source 110 is implemented as a vertical cavity surface light emitting laser.

도 4는 비교예 2에 따른 ToF 센서 장치에 있어서, 광원으로부터 방출되는 광의 세기, 및 이러한 광이 객체에서 반사된 반사광을 이용하여 얻어진 객체의 이미지를 보여주는 도이다. 구체적으로, 도 4의 좌측은 시야각에 따른 광 세기에 대한 그래프, 및 광원(110)의 광 방출 면을 봤을 때 나타나는 광의 세기에 대한 이미지를 보여준다. 도 4의 우측은 비교예 2에 따른 ToF 센서 장치로부터 얻어진 객체의 이미지를 보여준다. 또한, 비교예 2에 따른 ToF 센서 장치는 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로만 방출하는 iToF 방식의 ToF 센서 장치이다. 또한, 광원(110)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저로 구현되었다. FIG. 4 is a diagram illustrating an image of an object obtained by using intensity of light emitted from a light source and reflected light reflected from the object in the ToF sensor device according to Comparative Example 2; FIG. Specifically, the left side of FIG. 4 shows a graph of light intensity according to a viewing angle and an image of light intensity that appears when viewing the light emitting surface of the light source 110 . The right side of FIG. 4 shows an image of an object obtained from the ToF sensor device according to Comparative Example 2. In addition, the ToF sensor device according to Comparative Example 2 is an iToF type ToF sensor device in which the light source 110 emits light L only in a continuous wave mode. In addition, the light source 110 is implemented as a vertical cavity surface light emitting laser.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치의 광원으로부터 방출되는 광의 세기에 대한 개략적인 프로파일(profile)을 보여주는 도이다. 구체적으로, 도 5는 시야각에 따른 광 세기에 대한 그래프이다. 또한, 광원(110)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저로 구현되었다. 5 is a diagram showing a schematic profile of the intensity of light emitted from a light source of a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 5 is a graph of light intensity according to a viewing angle. In addition, the light source 110 is implemented as a vertical cavity surface light emitting laser.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치(100)를 설명하면 다음과 같다. Referring to FIGS. 1 to 5 , the ToF sensor device 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

ToF 센서 장치(100)는 광원(110), 제1 구동부(120), 제2 구동부(130), 스위치(140), 및 제어부(150)를 포함한다. 또한, ToF 센서 장치(100)는 광원 기판(111), 광 투과 부재(112), 광원 하우징(113), ToF 센서(160), 온도 탐지부(170), 및 저장부(180) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The ToF sensor device 100 includes a light source 110 , a first driving unit 120 , a second driving unit 130 , a switch 140 , and a control unit 150 . In addition, the ToF sensor device 100 may include at least one of a light source substrate 111, a light transmitting member 112, a light source housing 113, a ToF sensor 160, a temperature detection unit 170, and a storage unit 180. may further include.

광원(110)은 객체를 향하여 광(L)을 방출하는 구성요소이다. 예를 들어, 광원(110)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저로 구현될 수 있다. 또한, 광원(110)은 LD(Laser Diode) 또는 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 광원(110)이 방출하는 광(L)은 근적외선을 포함할 수 있다. 이러한 근적외선의 파장은 905nm, 940nm, 및/또는 1550nm 등일 수 있다. The light source 110 is a component that emits light L toward an object. For example, the light source 110 may be implemented as a vertical cavity surface light emitting laser. In addition, the light source 110 may be implemented as a Laser Diode (LD) or a Light Emitting Diode (LED). For example, the light L emitted by the light source 110 may include near infrared rays. The wavelength of these near infrared rays may be 905 nm, 940 nm, and/or 1550 nm.

제1 구동부(120)는 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 구성요소이다. 제2 구동부(130)는 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 구성요소이다. The first driving unit 120 is a component that outputs a first driving signal that causes the light source 110 to emit light L in a continuous wave mode. The second driving unit 130 is a component that outputs a second driving signal that causes the light source 110 to emit light L in a pulse mode.

스위치(140)는 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호 중 하나를 광원(110)에 선택적으로 전달하는 구성요소이다. The switch 140 is a component that selectively transmits one of the first driving signal and the second driving signal to the light source 110 .

제어부(150)는 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 스위치(140)를 제어한다. 본 명세서에서, "미리 정해진 온도 범위"는 "광원(110)이 미리 정해진 광 세기 이상의 광 세기로 광(L)을 방출하게 할 수 있는 온도"일 수 있다. The controller 150 controls the switch 140 so that the temperature of the light source 110 is within a predetermined temperature range. In this specification, the “predetermined temperature range” may be “a temperature at which the light source 110 emits light L with a light intensity equal to or greater than a predetermined light intensity”.

제어부(150)는, 광원(110)의 중심부의 온도 및 주변부의 온도 중 하나 이상이 미리 정해진 온도 범위의 바깥에 있을 때, 광원(110)으로 입력되는 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호 중 어느 하나가 다른 하나로 변경되도록 스위치(140)를 제어할 수 있다. The controller 150 determines which one of the first driving signal and the second driving signal input to the light source 110 when at least one of the temperature of the central part and the temperature of the peripheral part of the light source 110 is outside a predetermined temperature range. It is possible to control the switch 140 so that one changes to the other.

본 명세서에서, 광원(110)의 "중심부" 및 "주변부"는, 각각, 광(L)의 진행 방향에 평행한 방향으로, 광원(110)의 광 방출 면을 봤을 때(도 8b에 도시된 상태)의 광원(110)의 중심부 및 주변부이다. 또한, 광원(110)의 중심부는 "펄스 모드로 광(L)을 방출할 때 광 세기가 증가하고, 연속파 모드로 광(L)을 방출할 때 광 세기가 감소하는 부분"일 수 있다. 또한, 광원(110)의 주변부는 "펄스 모드로 광(L)을 방출할 때 광 세기가 감소하고, 연속파 모드로 광(L)을 방출할 때 광 세기가 증가하는 부분"일 수 있다. In the present specification, the “central portion” and the “periphery portion” of the light source 110 are, respectively, in a direction parallel to the traveling direction of the light L, when the light emitting surface of the light source 110 is viewed (shown in FIG. 8B). state) of the center and the periphery of the light source 110 . Also, the central portion of the light source 110 may be "a portion in which the light intensity increases when the light L is emitted in a pulse mode and the light intensity decreases when the light L is emitted in a continuous wave mode". Also, the peripheral portion of the light source 110 may be "a portion in which the light intensity decreases when the light L is emitted in a pulse mode and the light intensity increases when the light L is emitted in a continuous wave mode".

예를 들어, 광원(110)으로 입력되는 구동 신호가 제1 구동 신호인 경우, 제어부(150)는, 광원(110)의 중심부의 온도가 미리 정해진 온도 범위의 상한 온도보다 높을 때, 광원(110)으로 입력되는 구동 신호가 제1 구동 신호로부터 제2 구동 신호로 변경되도록 스위치(140)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 광원(110)으로 입력되는 구동 신호가 제2 구동 신호인 경우, 제어부(150)는, 광원(110)의 주변부의 온도가 미리 정해진 온도 범위의 하한 온도보다 낮을 때, 광원(110)으로 입력되는 구동 신호가 제2 구동 신호로부터 제1 구동 신호로 변경되도록 스위치(140)를 제어할 수 있다. For example, when the driving signal input to the light source 110 is the first driving signal, the control unit 150 controls the light source 110 when the temperature of the center of the light source 110 is higher than the upper limit of the predetermined temperature range. The switch 140 may be controlled so that the driving signal input to ) is changed from the first driving signal to the second driving signal. For example, when the driving signal input to the light source 110 is the second driving signal, the controller 150 controls the light source 110 when the temperature of the surrounding area of the light source 110 is lower than the lower limit temperature of the predetermined temperature range. The switch 140 may be controlled so that the driving signal input to ) is changed from the second driving signal to the first driving signal.

제어부(150)는 광(L)이 객체에서 반사된 반사광(RL)에 대한 감지 신호에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는, 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출할 때, 광원(110)이 방출하는 광(L)의 위상과 ToF 센서(160)가 수광하는 반사광(RL)의 위상 간의 차이에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는, 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출할 때, 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)의 발광 시간과 ToF 센서(160)로 수광되는 반사광(RL)의 수광 시간 간의 차이에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. The controller 150 may determine the distance of the object based on the detection signal for the reflected light RL, in which the light L is reflected from the object. For example, when the light source 110 emits light L in the continuous wave mode, the controller 150 determines the phase of the light L emitted by the light source 110 and the reflected light received by the ToF sensor 160. The distance of the object can be determined based on the difference between the phases of (RL). For example, when the light source 110 emits light L in a pulse mode, the control unit 150 determines the emission time of the light L emitted from the light source 110 and the amount of light received by the ToF sensor 160. The distance of the object may be determined based on the difference between the reception times of the reflected light RL.

제1 구동부(120), 제2 구동부(130), 스위치(140), 및 제어부(150)는 광원 기판(111) 및 센서 기판(166)이 실장된 메인 기판(도시되지 않음)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광원 기판(111) 및 센서 기판(166) 중 하나 이상에 배치될 수도 있다. The first driving unit 120, the second driving unit 130, the switch 140, and the control unit 150 may be disposed on a main board (not shown) on which the light source board 111 and the sensor board 166 are mounted. However, it is not limited thereto, and may be disposed on one or more of the light source substrate 111 and the sensor substrate 166.

광원 기판(111)은 광원(110)이 실장되는 기판이다. The light source substrate 111 is a substrate on which the light source 110 is mounted.

광 투과 부재(112)는 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)을 투과시키는 부재이다. 광 투과 부재(112)는 광학 렌즈를 포함할 수 있다. 광 투과 부재(112)는 광원 하우징(113)에 고정될 수 있다. The light transmitting member 112 is a member that transmits the light L emitted from the light source 110 . The light transmitting member 112 may include an optical lens. The light transmission member 112 may be fixed to the light source housing 113 .

광원 하우징(113)은 광원(110)을 하우징하는 구성요소이다. 광원 하우징(113)은 광원 기판(111) 상에 배치될 수 있다. The light source housing 113 is a component housing the light source 110 . The light source housing 113 may be disposed on the light source substrate 111 .

ToF 센서(160)는 광(L)이 객체에서 반사된 반사광(RL)을 수광하고, 반사광(RL)에 대한 감지 신호를 생성하는 구성요소이다. ToF 센서(160)는, 예를 들어, 광학 렌즈(161), 고정 부재(162), 센서 하우징(163), 광학 필터(164), 이미지 센서(165), 및 센서 기판(166)을 포함할 수 있다. The ToF sensor 160 is a component that receives reflected light RL, in which light L is reflected from an object, and generates a detection signal for the reflected light RL. The ToF sensor 160 may include, for example, an optical lens 161, a fixing member 162, a sensor housing 163, an optical filter 164, an image sensor 165, and a sensor substrate 166. can

광학 렌즈(161)는 객체의 이미지가 이미지 센서(165)에 맺히도록 반사광(RL)을 집중시키는 구성요소이다. The optical lens 161 is a component that concentrates the reflected light RL so that an image of an object is focused on the image sensor 165 .

고정 부재(162)는 광학 렌즈(161)를 고정시키는 부재이다. The fixing member 162 is a member fixing the optical lens 161 .

센서 하우징(163)은 이미지 센서(165)를 하우징하는 구성요소이다. 센서 하우징(163)은 광학 필터(164)를 더 하우징할 수 있다. 센서 하우징(163)은 센서 기판(166) 상에 배치될 수 있다. The sensor housing 163 is a component housing the image sensor 165 . The sensor housing 163 may further house an optical filter 164 . The sensor housing 163 may be disposed on the sensor substrate 166 .

광학 필터(164)는 이미지 센서(165)를 향하여 입사되는 광 중 미리 정해진 파장을 가진 광을 통과시키는 구성요소이다. "미리 정해진 파장"은 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)의 파장과 동일할 수 있다. The optical filter 164 is a component that passes light having a predetermined wavelength among light incident toward the image sensor 165 . The “predetermined wavelength” may be the same as the wavelength of light L emitted from the light source 110 .

이미지 센서(165)는 광(L)이 객체에서 반사된 반사광(RL)을 수광하고, 반사광(RL)에 대한 감지 신호, 즉, 객체의 이미지에 관한 감지 신호를 생성하는 구성요소이다. The image sensor 165 is a component that receives reflected light RL, in which light L is reflected from an object, and generates a sensing signal for the reflected light RL, that is, a sensing signal related to an image of the object.

센서 기판(166)는 이미지 센서(165)가 실장되는 기판이다. The sensor substrate 166 is a substrate on which the image sensor 165 is mounted.

온도 탐지부(170)는 광원(110)의 온도를 탐지하는 구성요소이다. 예를 들어, 온도 탐지부(170)는 온도에 따라 저항 값이 변화하는 재료로 구현될 수 있다. 온도 탐지부(170)는 광원 기판(111)의 실장면인 제1 면(111a)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광원 기판(111)의 내부에 배치될 수도 있다. The temperature detector 170 is a component that detects the temperature of the light source 110 . For example, the temperature detection unit 170 may be implemented with a material whose resistance value changes according to temperature. The temperature detector 170 may be disposed on the first surface 111a, which is a mounting surface of the light source substrate 111, but is not limited thereto, and may be disposed inside the light source substrate 111.

또한, 온도 탐지부(170)는 광원(110)의 중심부 및 주변부 중 하나 이상의 온도를 탐지할 수 있다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 온도 탐지부(170)는 광원(110)의 주변부에 접촉함으로써 광원(110)의 주변부의 온도를 직접 탐지할 수 있다. 또한, 광원(110)의 중심부의 온도는 온도 탐지부(170)가 광원(110)의 중심부에 접촉함으로써 탐지될 수 있다. 또한, 광원(110)의 중심부의 온도는, 광원(110)의 주변부의 온도와 중심부의 온도 간의 관계에 관한 함수 또는 룩업 테이블을 이용하여, 온도 탐지부(170)에 의해 탐지된 광원(110)의 주변부의 온도에 근거하여 추정될 수도 있다. In addition, the temperature detection unit 170 may detect the temperature of one or more of the central portion and the peripheral portion of the light source 110 . For example, referring to FIG. 2B , the temperature detector 170 may directly detect the temperature of the periphery of the light source 110 by contacting the periphery of the light source 110 . In addition, the temperature of the center of the light source 110 may be detected when the temperature detector 170 contacts the center of the light source 110 . In addition, the temperature of the center of the light source 110 is the light source 110 detected by the temperature detection unit 170 using a function or a lookup table relating to the relationship between the temperature of the periphery of the light source 110 and the temperature of the center. may be estimated based on the temperature of the surroundings of

저장부(180)는 미리 정해진 온도 범위를 저장하는 구성요소이다. 또한, 저장부(180)는 광원(110)의 주변부의 온도와 중심부의 온도 간의 관계에 관한 함수 또는 룩업 테이블을 저장할 수도 있다. The storage unit 180 is a component that stores a predetermined temperature range. Also, the storage unit 180 may store a function or a lookup table related to a relationship between the temperature of the periphery and the temperature of the center of the light source 110 .

본 발명의 실시예의 제1 특징에 따르면, ToF 센서 장치(100)는 객체를 향하여 광(L)을 방출하는 광원(110); 상기 광원(110)이 상기 광(L)을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부(120); 상기 광원(110)이 상기 광(L)을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부(130); 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원(110)에 선택적으로 전달하는 스위치(140); 및 상기 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 스위치(140)를 제어하는 제어부(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 렌즈 어레이 및 확산기 등과 같은 추가적인 광학 소자가 없더라도, 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)의 세기를 광 방출 면에 걸쳐 균일화함으로써, 장치를 소형화시키고 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 근거리 해상도와 원거리 측정 성능을 모두 높일 수 있다. 또한, 기존에 불가능했던 단일 모듈에서의 iToF/dToF 스위칭 방식의 센서 기술을 단순한 구조로 구현함으로써, 제조 비용이 낮고 안정적이며 고성능인 ToF 센서 장치(100)를 제공할 수 있다. According to a first feature of an embodiment of the present invention, the ToF sensor device 100 includes a light source 110 emitting light L toward an object; a first driving unit 120 outputting a first driving signal causing the light source 110 to emit the light L in a continuous wave mode; a second driving unit 130 outputting a second driving signal causing the light source 110 to emit the light L in a pulse mode; a switch 140 selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source 110; and a controller 150 controlling the switch 140 so that the temperature of the light source 110 is within a predetermined temperature range. Accordingly, even if there is no additional optical element such as a lens array and a diffuser, the intensity of the light L emitted from the light source 110 is uniformed over the light emitting surface, thereby miniaturizing the device and reducing manufacturing cost, Both near resolution and long distance measurement performance can be improved. In addition, by implementing iToF/dToF switching sensor technology in a single module, which was previously impossible, with a simple structure, it is possible to provide a ToF sensor device 100 with low manufacturing cost, stability and high performance.

이와 관련하여, 도 3을 참조하면, 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출하는 dToF 방식의 비교예 1에 따른 ToF 센서 장치는, 광 방출 면의 중심부에서는 광(L)의 세기가 높지만 주변부에서는 광(L)의 세기가 급격히 낮아지는 불균일한 광(L)의 세기를 나타낸다. 또한, 도 4를 참조하면, 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출하는 iToF 방식의 비교예 2에 따른 ToF 센서 장치는, 광 방출 면의 주변부에서는 광(L)의 세기가 높지만 중심부에서는 광(L)의 세기가 급격히 낮아지는 불균일한 광(L)의 세기를 나타낸다. In this regard, referring to FIG. 3 , the ToF sensor device according to Comparative Example 1 of the dToF method in which the light source 110 emits light L in a pulse mode has an intensity of light L at the center of the light emitting surface. It represents the non-uniform intensity of the light (L) where is high but the intensity of the light (L) rapidly decreases in the periphery. In addition, referring to FIG. 4 , in the ToF sensor device according to Comparative Example 2 of the iToF method in which the light source 110 emits light L in a continuous wave mode, the intensity of the light L is high in the periphery of the light emitting surface, but In the center, the intensity of light L is non-uniform, where the intensity of light L rapidly decreases.

이에 반하여, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예의 제1 특징에 따른 ToF 센서 장치(100)는 광원(110)의 광 방출 면의 중심부 및 주변부 모두에 걸쳐 광(L)의 세기가 균일한 프로파일을 나타낸다. In contrast, referring to FIG. 5 , in the ToF sensor device 100 according to the first feature of the embodiment of the present invention, the intensity of light L is uniform over both the center and the periphery of the light emitting surface of the light source 110. represents a profile.

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법의 순서도이다. 도 6을 도 1 내지 도 2b와 함께 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 ToF 센서 장치(100)를 이용한 거리 판단 방법을 설명하면 다음과 같다. 6 is a flowchart of a method for determining a distance using a ToF sensor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 together with FIGS. 1 to 2B , a distance determination method using the ToF sensor device 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

단계 210에서, 광원(110), 제1 구동부(120), 제2 구동부(130), 스위치(140), ToF 센서(160), 및 제어부(150)를 포함하는 ToF 센서 장치(100)의 제1 구동부(120)는, 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하고, 제2 구동부(130)는, 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력한다. In step 210, the ToF sensor device 100 including the light source 110, the first driving unit 120, the second driving unit 130, the switch 140, the ToF sensor 160, and the controller 150 is provided. 1 driving unit 120 outputs a first driving signal that causes light source 110 to emit light L in continuous wave mode, and second driving unit 130 allows light source 110 to pulse light L and outputs a second driving signal causing emission in the mode.

단계 220에서, 제어부(150)는, 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호 중 하나를 광원(110)에 선택적으로 전달하는 스위치(140)를 제어한다. In step 220, the controller 150 controls the switch 140 to selectively transfer one of the first driving signal and the second driving signal to the light source 110 so that the temperature of the light source 110 is within a predetermined temperature range. do.

단계 220과 단계 230 사이에서, 광원(110)이 객체를 향하여 광(L)을 방출하는 단계가 수행될 수 있다. Between steps 220 and 230, a step in which the light source 110 emits light L toward the object may be performed.

단계 230에서, 제어부(150)는, 광(L)이 객체에서 반사되어 ToF 센서(160)로 수광되는 반사광(RL)에 대한 감지 신호에 근거하여 객체의 거리를 판단한다. 단계 230에서, 제어부(150)는, 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출할 때, 광원(110)이 방출하는 광(L)의 위상과 ToF 센서(160)가 수광하는 반사광(RL) 간의 위상 간의 차이에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. 단계 230에서, 제어부(150)는, 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출할 때, 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)의 발광 시간과 ToF 센서(160)로 수광되는 반사광(RL)이 수광 시간 간의 차이에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. In step 230, the controller 150 determines the distance of the object based on the detection signal for the reflected light RL that is received by the ToF sensor 160 after the light L is reflected from the object. In step 230, the controller 150 determines the phase of the light L emitted by the light source 110 and the reflected light received by the ToF sensor 160 when the light source 110 emits the light L in the continuous wave mode. It is possible to determine the distance of the object based on the difference between the phases of (RL). In step 230, when the light source 110 emits light L in a pulse mode, the control unit 150 determines the emission time of the light L emitted from the light source 110 and the light received by the ToF sensor 160. The distance of the object may be determined based on the difference between light reception times of the reflected light RL.

도 7은 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치의 블록도이고, 도 8a는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치의 부분 단면도이며, 도 8b는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치의 부분 평면도이다. 7 is a block diagram of a ToF sensor device according to a modification of an embodiment of the present invention, FIG. 8A is a partial cross-sectional view of a ToF sensor device according to a modification of an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a block diagram of a ToF sensor device according to a modification of an embodiment of the present invention. It is a partial plan view of a ToF sensor device according to a modification of an embodiment.

도 7 내지 도 8b를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치(100A)를 설명하면 다음과 같다. Referring to FIGS. 7 to 8B , a ToF sensor device 100A according to a modified example of an embodiment of the present invention will be described.

변형예에 따른 ToF 센서 장치(100A)는 광원(110), 제1 구동부(120), 제2 구동부(130), 가열/냉각 소자(190), 및 제어부(150)를 포함한다. 또한, 변형예에 따른 ToF 센서 장치(100A)는 스위치(140), ToF 센서(160), 온도 탐지부(170), 및 저장부(180)를 더 포함할 수 있다. 변형예에 따른 ToF 센서 장치(100A)는, 도 1에 도시된 ToF 센서 장치(100)와 비교하여, 가열/냉각 소자(190)를 포함하고 있음에 차이가 있다. The ToF sensor device 100A according to the modified example includes a light source 110 , a first driving unit 120 , a second driving unit 130 , a heating/cooling element 190 , and a controller 150 . In addition, the ToF sensor device 100A according to the modified example may further include a switch 140, a ToF sensor 160, a temperature detection unit 170, and a storage unit 180. The ToF sensor device 100A according to the modified example differs from the ToF sensor device 100 shown in FIG. 1 in that it includes a heating/cooling element 190 .

가열/냉각 소자(190)는 광원(110)을 가열시키는 가열부(191) 및 광원(110)을 냉각시키는 냉각부(192) 중 하나 이상을 구비한다. The heating/cooling element 190 includes at least one of a heating unit 191 for heating the light source 110 and a cooling unit 192 for cooling the light source 110 .

가열부(191)는 광원(110)의 주변부를 가열시킬 수 있다. 가열부(191)는 광원 기판(111)의 제1 면(111a) 및 내부 중 하나 이상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 가열부(191)는 전류가 흐를 때 발열하는 열선으로 구현될 수 있다. The heating unit 191 may heat the periphery of the light source 110 . The heating unit 191 may be disposed on at least one of the first surface 111a and the inside of the light source substrate 111 . For example, the heating unit 191 may be implemented as a hot wire that generates heat when current flows.

냉각부(192)는 광원(110)의 중심부를 냉각시킬 수 있다. 냉각부(192)는 광원 기판(111)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 냉각부(192)는, n형 반도체 또는 p형 반도체와 같은 소자의 일단부로부터 타단부로 전류를 흘려주면, 소자의 일단부에서 흡열 반응이 일어나고 타단부에서 발열 반응이 일어나거나, 또는 소자의 일단부에서 발열 반응이 일어나고 타단부에서 흡열 반응이 일어나는 펠티에 소자로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 8a를 참조하면, 냉각부(192)는 광원(110)의 중심부를 냉각시키도록 흡열 반응이 일어나는 일단부(192a)를 가진 펠티에 소자로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 냉각부(192)의 타단부(192b)는 광원 기판(111)의 제2 면(111b)에 배치될 수 있다. The cooling unit 192 may cool the center of the light source 110 . The cooling unit 192 may be disposed inside the light source substrate 111 . For example, when the cooling unit 192 flows a current from one end of an element such as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor to the other end, an endothermic reaction occurs at one end of the element and an exothermic reaction occurs at the other end. , or a Peltier element in which an exothermic reaction occurs at one end of the element and an endothermic reaction occurs at the other end. For example, referring to FIG. 8A , the cooling unit 192 may be implemented as a Peltier element having one end 192a where an endothermic reaction occurs to cool the central portion of the light source 110 . In this case, for example, the other end 192b of the cooling unit 192 may be disposed on the second surface 111b of the light source substrate 111 .

제어부(150)는 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 가열/냉각 소자(190)를 제어한다. The controller 150 controls the heating/cooling element 190 so that the temperature of the light source 110 is within a predetermined temperature range.

제어부(150)는, 광원(110)의 주변부의 온도가 미리 정해진 온도 범위의 하한 온도보다 낮을 때, 주변부를 가열하도록 가열/냉각 소자(190)를 제어할 수 있다. 제어부(150)는, 광원(110)의 중심부의 온도가 미리 정해진 온도 범위의 상한 온도보다 높을 때, 중심부를 냉각시키도록 가열/냉각 소자(190)를 제어할 수 있다. The controller 150 may control the heating/cooling element 190 to heat the peripheral portion when the temperature of the peripheral portion of the light source 110 is lower than the lower limit temperature of the predetermined temperature range. The controller 150 may control the heating/cooling element 190 to cool the center when the temperature of the center of the light source 110 is higher than the upper limit of the predetermined temperature range.

제어부(150)는, ToF 센서 장치(160)가 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호 중 하나를 광원(110)에 선택적으로 전달하는 스위치(140)를 더 포함하는 경우, 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 가열/냉각 소자(190) 및 스위치(140)를 제어할 수 있다. The controller 150 controls the temperature of the light source 110 when the ToF sensor device 160 further includes a switch 140 for selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source 110. It is possible to control the heating/cooling element 190 and the switch 140 so that is within a predetermined temperature range.

제어부(150)는 반사광(RL)에 대한 감지 신호에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. The controller 150 may determine the distance of the object based on the detection signal for the reflected light RL.

본 발명의 실시예의 제2 특징에 따르면, ToF 센서 장치(100A)는 객체를 향하여 광(L)을 방출하는 광원(110); 상기 광원(110)이 상기 광(L)을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부(120); 상기 광원(110)이 상기 광(L)을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부(130); 상기 광원(110)을 가열시키는 가열부(191) 및 상기 광원(110)을 냉각시키는 냉각부(192) 중 하나 이상을 구비하는 가열/냉각 소자(190); 및 상기 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 가열/냉각 소자(190)를 제어하는 제어부(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 이에 따라, 렌즈 어레이 및 확산기 등과 같은 추가적인 광학 소자가 없더라도, 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)의 세기를 광 방출 면에 걸쳐 균일화함으로써, 장치를 소형화시키고 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 근거리 해상도와 원거리 측정 성능을 모두 높일 수 있다. According to a second feature of an embodiment of the present invention, the ToF sensor device 100A includes a light source 110 emitting light L toward an object; a first driving unit 120 outputting a first driving signal causing the light source 110 to emit the light L in a continuous wave mode; a second driving unit 130 outputting a second driving signal causing the light source 110 to emit the light L in a pulse mode; a heating/cooling element 190 having at least one of a heating unit 191 for heating the light source 110 and a cooling unit 192 for cooling the light source 110; and a controller 150 controlling the heating/cooling element 190 so that the temperature of the light source 110 is within a predetermined temperature range. Accordingly, even if there is no additional optical element such as a lens array and a diffuser, the intensity of the light L emitted from the light source 110 is uniformized over the light emitting surface, thereby miniaturizing the device and reducing manufacturing cost. In addition, both near resolution and long distance measurement performance can be improved.

도 9는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법의 순서도이다. 도 9를 도 7 내지 도 8b와 함께 참조하여, 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 따른 ToF 센서 장치(100A)를 이용한 거리 판단 방법을 설명하면 다음과 같다. 9 is a flowchart of a method for determining a distance using a ToF sensor device according to a modified example of an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9 together with FIGS. 7 to 8B , a distance determination method using the ToF sensor device 100A according to a modified example of an embodiment of the present invention will be described as follows.

단계 310에서, 광원(110), 제1 구동부(120), 제2 구동부(130), 가열/냉각 소자(190), ToF 센서(160), 및 제어부(150)를 포함하는 ToF 센서 장치(100A)의 제1 구동부(120)는, 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하고, 제2 구동부(130)는, 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력한다. In step 310, a ToF sensor device 100A including a light source 110, a first driving unit 120, a second driving unit 130, a heating/cooling element 190, a ToF sensor 160, and a controller 150 The first driving unit 120 of ) outputs a first driving signal that causes the light source 110 to emit light L in a continuous wave mode, and the second driving unit 130 outputs a first driving signal that causes the light source 110 to emit light L. ) is output in a pulse mode.

단계 320에서, 제어부(150)는, 광원(110)의 온도가 미리 정해진 온도 범위 내에 있도록 광원(110)에 대한 가열 및 냉각 중 하나 이상을 수행하는 가열/냉각 소자(190)를 제어한다. In step 320, the controller 150 controls the heating/cooling element 190 that performs at least one of heating and cooling the light source 110 so that the temperature of the light source 110 is within a predetermined temperature range.

단계 320과 단계 330 사이에서, 광원(110)이 객체를 향하여 광(L)을 방출하는 단계가 수행될 수 있다. Between steps 320 and 330, a step in which the light source 110 emits light L toward the object may be performed.

단계 330에서, 제어부(150)는, 광(L)이 객체에서 반사되어 ToF 센서(160)로 수광되는 반사광(RL)에 대한 감지 신호에 근거하여 객체의 거리를 판단한다. 단계 330에서, 제어부(150)는, 광원(110)이 광(L)을 연속파 모드로 방출할 때, 광원(110)이 방출하는 광(L)의 위상과 ToF 센서(160)가 수광하는 반사광(RL) 간의 위상 간의 차이에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다. 단계 330에서, 제어부(150)는, 광원(110)이 광(L)을 펄스 모드로 방출할 때, 광원(110)으로부터 방출되는 광(L)의 발광 시간과 ToF 센서(160)로 수광되는 반사광(RL)이 수광 시간 간의 차이에 근거하여 객체의 거리를 판단할 수 있다.In step 330, the controller 150 determines the distance of the object based on the detection signal for the reflected light RL, in which the light L is reflected from the object and received by the ToF sensor 160. In step 330, the controller 150 determines the phase of the light L emitted by the light source 110 and the reflected light received by the ToF sensor 160 when the light source 110 emits the light L in the continuous wave mode. It is possible to determine the distance of the object based on the difference between the phases of (RL). In step 330, the controller 150, when the light source 110 emits the light L in a pulse mode, determines the emission time of the light L emitted from the light source 110 and the light received by the ToF sensor 160. The distance of the object may be determined based on the difference between light reception times of the reflected light RL.

본 발명은 첨부된 예시 도면의 바람직한 실시형태를 중심으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정하지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 실시할 수 있음은 물론이다. Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments of the accompanying exemplary drawings, it is not limited thereto, and those skilled in the art to which the present invention pertains within the scope of the technical idea of the present invention described in the claims below. Of course, it can be implemented in various forms.

100, 100A: ToF 센서 장치 110: 광원
111: 광원 기판 112: 광 투과 부재
113: 광원 하우징 120: 제1 구동부
130: 제2 구동부 140: 스위치
150: 제어부 160: ToF 센서
161: 광학 렌즈 162: 고정 부재
163: 센서 하우징 164: 광학 필터
165: 이미지 센서 166: 센서 기판
170: 온도 탐지부 180: 저장부
190: 가열/냉각 소자 191: 가열부
192: 냉각부
100, 100A: ToF sensor device 110: light source
111: light source substrate 112: light transmission member
113: light source housing 120: first driving unit
130: second driving unit 140: switch
150: control unit 160: ToF sensor
161: optical lens 162: fixing member
163: sensor housing 164: optical filter
165: image sensor 166: sensor board
170: temperature detection unit 180: storage unit
190: heating / cooling element 191: heating unit
192: cooling unit

Claims (12)

ToF 센서 장치에 있어서,
객체를 향하여 광을 방출하는 광원;
상기 광원이 상기 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부;
상기 광원이 상기 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부;
상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원에 선택적으로 전달하는 스위치; 및
상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 스위치를 제어하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치.
In the ToF sensor device,
a light source that emits light toward an object;
a first driving unit outputting a first driving signal causing the light source to emit the light in a continuous wave mode;
a second driving unit outputting a second driving signal causing the light source to emit the light in a pulse mode;
a switch selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source; and
A controller for controlling the switch so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range
A ToF sensor device comprising a.
ToF 센서 장치에 있어서,
객체를 향하여 광을 방출하는 광원;
상기 광원이 상기 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하는 제1 구동부;
상기 광원이 상기 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 제2 구동부;
상기 광원을 가열시키는 가열부 및 상기 광원을 냉각시키는 냉각부 중 하나 이상을 구비하는 가열/냉각 소자; 및
상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 가열/냉각 소자를 제어하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치.
In the ToF sensor device,
a light source that emits light toward an object;
a first driving unit outputting a first driving signal causing the light source to emit the light in a continuous wave mode;
a second driving unit outputting a second driving signal causing the light source to emit the light in a pulse mode;
a heating/cooling element having at least one of a heating unit for heating the light source and a cooling unit for cooling the light source; and
A controller for controlling the heating/cooling element so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range.
A ToF sensor device comprising a.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광이 객체에서 반사된 반사광을 수광하고, 상기 반사광에 대한 감지 신호를 생성하는 ToF 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The ToF sensor device according to claim 1 or 2, further comprising a ToF sensor configured to receive reflected light from which the light is reflected from an object and generate a detection signal for the reflected light. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원의 온도를 탐지하는 온도 탐지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The ToF sensor device according to claim 1 or 2, further comprising a temperature detector for detecting the temperature of the light source. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광원의 중심부의 온도 및 주변부의 온도 중 하나 이상이 상기 미리 정해진 온도 범위의 바깥에 있을 때, 상기 광원으로 입력되는 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 어느 하나가 다른 하나로 변경되도록 상기 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The method of claim 1 , wherein the control unit controls the first driving signal and the second driving input to the light source when at least one of a temperature of a central portion and a temperature of a peripheral portion of the light source is outside the predetermined temperature range. ToF sensor device, characterized in that for controlling the switch so that one of the signals is changed to another. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광원의 주변부의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위의 하한 온도보다 낮을 때, 상기 주변부를 가열하도록 상기 가열/냉각 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The ToF sensor device of claim 2 , wherein the control unit controls the heating/cooling element to heat the peripheral portion when the temperature of the peripheral portion of the light source is lower than a lower limit temperature of the predetermined temperature range. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광원의 중심부의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위의 상한 온도보다 높을 때, 상기 중심부를 냉각시키도록 상기 가열/냉각 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The ToF sensor device of claim 2 , wherein the control unit controls the heating/cooling element to cool the center portion when the temperature of the center portion of the light source is higher than an upper limit temperature of the predetermined temperature range. . 제2항에 있어서, 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원에 선택적으로 전달하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. 3 . The ToF sensor device of claim 2 , further comprising a switch for selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source. 제8항에 있어서, 상기 제어부는 상기 광원의 온도가 상기 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 가열/냉각 소자 및 상기 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The ToF sensor device of claim 8 , wherein the control unit controls the heating/cooling element and the switch so that the temperature of the light source is within the predetermined temperature range. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 감지 신호에 근거하여 상기 객체의 거리를 판단하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치. The ToF sensor device of claim 3, wherein the controller determines the distance to the object based on the detection signal. ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법에 있어서,
a) 광원, 제1 구동부, 제2 구동부, 스위치, ToF 센서, 및 제어부를 포함하는 ToF 센서 장치의 상기 제1 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하고, 상기 제2 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 단계;
b) 상기 제어부에 의해, 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호 중 하나를 상기 광원에 선택적으로 전달하는 상기 스위치를 제어하는 단계; 및
c) 상기 제어부에 의해, 상기 광이 객체에서 반사되어 상기 ToF 센서로 수광되는 반사광에 대한 감지 신호에 근거하여 상기 객체의 거리를 판단하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법.
In the distance determination method using the ToF sensor device,
a) A first driving signal that causes the light source to emit light in a continuous wave mode is output by the first driving unit of a ToF sensor device including a light source, a first driving unit, a second driving unit, a switch, a ToF sensor, and a control unit. and outputting, by the second driving unit, a second driving signal causing the light source to emit light in a pulse mode;
b) controlling, by the control unit, the switch for selectively transmitting one of the first driving signal and the second driving signal to the light source so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range; and
c) determining, by the controller, a distance of the object based on a detection signal for reflected light that is reflected from the object and received by the ToF sensor;
A distance determination method using a ToF sensor device comprising a.
ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법에 있어서,
a) 광원, 제1 구동부, 제2 구동부, 가열/냉각 소자, ToF 센서, 및 제어부를 포함하는 ToF 센서 장치의 상기 제1 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 연속파 모드로 방출하게 하는 제1 구동 신호를 출력하고, 상기 제2 구동부에 의해, 상기 광원이 광을 펄스 모드로 방출하게 하는 제2 구동 신호를 출력하는 단계;
b) 상기 제어부에 의해, 상기 광원의 온도가 미리 정해진 온도 범위 이내에 있도록 상기 광원에 대한 가열 및 냉각 중 하나 이상을 수행하는 상기 가열/냉각 소자를 제어하는 단계; 및
c) 상기 제어부에 의해, 상기 광이 객체에서 반사되어 상기 ToF 센서로 수광되는 반사광에 대한 감지 신호에 근거하여 상기 객체의 거리를 판단하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF 센서 장치를 이용한 거리 판단 방법.
In the distance determination method using the ToF sensor device,
a) a first drive for causing the light source to emit light in a continuous wave mode by the first drive unit of a ToF sensor device including a light source, a first drive unit, a second drive unit, a heating/cooling element, a ToF sensor, and a control unit; outputting a second driving signal for outputting a signal and causing the light source to emit light in a pulse mode by the second driver;
b) controlling, by the control unit, the heating/cooling element that performs at least one of heating and cooling the light source so that the temperature of the light source is within a predetermined temperature range; and
c) determining, by the controller, a distance of the object based on a detection signal for reflected light that is reflected from the object and received by the ToF sensor;
A distance determination method using a ToF sensor device comprising a.
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