JP2011053216A - 距離測定方法、距離測定システム及び距離センサー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】距離測定方法は、複数の変調位相オフセットで複数の積分信号を測定する段階と、複数の変調位相オフセットのうちから他の一つの積分信号に対する受信時間を調節するために、複数の変調位相オフセットのうちから少なくとも一つに対する少なくとも一つの積分信号をそれぞれ推定する段階と、推定された少なくとも何れか一つの信号によってターゲットと受信器との距離を決定する段階と、を含む。
【選択図】図1
Description
wave、例えば、波長l=0.5〜1.0umm、周波数f=300〜600THz
)であり得る。
coherent)のTOF測定を用いて距離検出を行う。TOFは、パルス形態の、または変調された持続波(continuous−wave:CW)形態の光非干渉(optical incoherent)のTOFを用いて距離検出を行う。
決定する段階と、を含む。
うちの少なくとも一つに対する少なくとも一つの積分信号をそれぞれ推定し、推定された少なくとも何れか一つの信号によってターゲットと受信器との距離を決定する制御ユニット(control unit)と、を含む。
相オフセットと複数の第2変調位相オフセットは、交互に順次に発生する。複数の変調位相オフセットは、同様に分けられた4つの位相オフセットを含む。
offsets)のそれぞれの振幅は、背景ノイズ要素、アルファ(alpha)、及び反射信号要素、ベータ(beta)で構成される。例えば、反射信号要素とベータは、ターゲットとの距離と、反射率によって変わる強度(intensity)とを表わす。
イムで物体を知覚するために、深さマップ(map)を使う。最終のユーザ装置は、物体認識結果に適切に反応する。
50nmで低い出力を有し、そのような波長は、近赤外線帯域で人間の視力の範囲を外れるからである。
含む。深さセンサー710は、狭域ソースである赤外線(IR)エミッター(emitter)712、IRパスフィルター(IR pass filter)717を通じて物体711から反射された光をそれぞれ受信するための複数のセンサーピクセル(sensor pixels)716を含むセンサーアレイ(sensor array)714、センサーアレイ714から複数の振幅や光子数を受信するCDS/ADCユニット(correlated double sampling analog−to−digital converter unit)718、及びタイミング(timing)信号と制御信号とを発生させるタイミングコントロールユニット(timing controller unit;T/C)720を含む。
反射された光RLとの間の時間差であり、dは、センサーと物体との間の距離情報、及びcは、光速度である。反射された光RLは、追加的なレンズ(lenses)またはIRパスフィルター717の前に位置するレンズモジュール(lens module)を通過することができる。IRエミッター712は、変調された赤外線(IR)を外部に放射することができ、例えば、LED(light emitting diode)、OLED(organic light emitting diode)、またはLD(Laser Diode)として具現可能である。
transistor)920を含む。したがって、ピクセルセンサー回路900は、図8のアクティブ領域である第1領域821と第2領域822に具現されたトランジスタ912、914、916、918、及び920と光電変換装置であるフォトセンサー装置(PSD)910とを含む。
信号1010、反射されたまたは受信された光信号1012、0°の位相オフセット信号1014、及び180°の位相オフセット信号1016を含む。ここで、0°の位相オフセット信号1014は、n番目のサイクルの0番目のクアドラント積分1018と(n+1)番目のサイクルの0番目のクアドラント積分1019とを含む。同様に、180°の位相オフセット信号1016は、n番目のサイクルの2番目のクアドラント積分1020と(n+1)番目のサイクルの2番目のクアドラント積分とを含む。
する複数のセンサーピクセル716のそれぞれは、同時に測定された複数のピクセル信号A0’とA2’を出力する。
ントロールユニット1720を含む。タイミングコントロールユニット1720は、センサーアレイ1714のためのXデコーダ1722及びIRエミッター1712と通信する。CDS/ADCユニット1718は、サンプリングされた複数の振幅または光子数をメモリ1724に伝達し、メモリ1724は、交互にサンプリングされた複数の振幅または光子数を深さ推定器1726に供給する。深さ推定器1726は、深さセンサー1710’のIRエミッター1712と複数のセンサーピクセル1732から物体の深さまたは距離を指示する複数の信号を提供する。
クセル信号A1(k−1)及びA1(k)を用いて、相異なる推定時点から複数のデジタル信号を推定することができる。したがって、第1信号推定は、A2(k−1)とA2(k)とを利用し、第2信号推定は、A3(k−1)とA3(k)とを利用する。
造は、フォトダイオード(photo diode)2510、フォトダイオード2510と接続されたリセットトランジスタであるRXトランジスタ2520、フォトダイオード2510と接続されたDXトランジスタ2530、及びDXトランジスタ2530と接続された選択トランジスタであるSXトランジスタ2540を含む。本発明の実施形態による3TAPS構造は、RXトランジスタ2520とSXトランジスタ2540とを共有し、フローティングディフュージョン領域(floating diffusion)を有しているために、CDS動作を行える。
接触3D形状測定システム3100は、光を伝送するための狭域ソースである光源3110、光を反射するための物体3112、光を受信するためのピクセルアレイ(pixel
array)3114、光源3110を制御するための制御ユニット3116、ローアドレスデコーダ(row address decoder)3118、及びカラムアドレスデコーダ(column address decoder)3122、ローアドレスデコーダ3118とピクセルアレイ3114との間に接続されたロードライバー(rowdriver)3120、カラムアドレスデコーダ3122とピクセルアレイ3114との間に接続されたカラムドライバー(column driver)3124、カラムドライバー3124に接続されたサンプル/ホールドレジスタ(sample/hold
register、S/H)3126、及びS/Hレジスタ3126に接続されたアナログ/ディジタルコンバータADC(analog−to digital converter、ADC)3128、及びADC3128に接続されたイメージシグナルプロセッサー(image signal processor、ISP)3130を含む。
を含む。3T構造は、簡単なプロセス(process)、ハイフィルファクター(high fill factor)、ピクセルリセットノイズ(pixel reset noise)、及び低い信号対ノイズ比(low signal−to−noise ratio)を有することを特徴とする。
blue response)を有することを特徴とする。
200:他の非接触3D形状測定システム、
300:信号プロット、
400:他の信号プロット、
500:非接触3D形状測定システム、
600:複数のイメージ、
700:2タップ非接触3D形状測定システム、
800:2タップピクセルユニット、
900:ピクセルセンサー回路、
1000:2タップの信号プロットと複数のIR信号と複数のゲート信号のタイミング図、
1100:2タップサンプリングポイントプロット、
1200:他の2タップサンプリングポイントプロット、
1300:2タップタイミング図、
1400:複数のシミュレーション結果を示すグラフ、
1500:2タップ比較シミュレーショングラフ、
1600:2タップ比較シミュレーショングラフ、
1700:1タップ非接触3D形状測定システム、
1800:1タップピクセルユニット、
1900:1タップサンプリングポイントプロット、
2000:1タップタイミング図、
2100:1タップシミュレーション結果を表わすプロット、
2200:1タップ比較シミュレーショングラフ、
2300:1タップ比較シミュレーショングラフ、
2400:深さ推定方法を説明するためのフローチャート、
2500:3トランジスタ(3T)APS構造、
2600:4トランジスタ(4T)APS構造、
2700:5トランジスタ(5T)APS構造、
2800:5トランジスタ(5T)APS構造、
2900:2チップソリューションを利用した非接触3D形状測定システム、
3000:1チップソリューションを利用した非接触3D形状測定システム、
3100:非接触3D形状測定システム、
3200:非接触3D形状測定システム、
3300:非接触3D形状測定を行うための部分的な回路と信号図、
3400:非接触3D形状測定を行うための部分的な回路と信号図。
Claims (20)
- 複数の変調位相オフセットで複数の積分信号を測定する段階と、
前記複数の変調位相オフセットのうちから他の一つの積分信号に対する受信時間を調節するために、前記複数の変調位相オフセットのうちから少なくとも一つに対する少なくとも一つの積分信号をそれぞれ推定する段階と、
前記推定された少なくとも何れか一つの積分信号によってターゲットと受信器との距離を決定する段階と、
を含むことを特徴とする距離測定方法。 - 前記距離測定方法は、
狭域の電磁気エネルギーを変調された持続波として放射する段階と、
前記複数の変調位相オフセットに対する前記ターゲットから反射された電磁気エネルギーを表わす多数の信号を受信して積分する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の距離測定方法。 - 前記積分信号をそれぞれ推定する段階は、
第1サンプリング時点での前記少なくとも一つの積分信号と第2サンプリング時点での前記少なくとも一つの積分信号とを補間する段階を含み、
前記第1サンプリング時点は、前記複数の変調位相オフセットのうちからまた他の一つに対する前記積分信号の受信時点よりも前であり、
前記第2サンプリング時点は、前記複数の変調位相オフセットのうち、前記他の一つに対する前記積分信号の受信時点よりも後であることを特徴とする請求項1または2に記載の距離測定方法。 - 前記積分信号をそれぞれ推定する段階は、
現在時点での前記少なくとも一つの積分信号から複数の以前時点での前記少なくとも一つの積分信号を推定する段階を含み、
前記現在時点は、前記複数の変調位相オフセットのうちのまた他の一つに対する前記積分信号の受信時点であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の距離測定方法。 - 前記積分信号をそれぞれ推定する段階は、
中間時点を得るために、第1積分信号と第2積分信号との間の時間差を分割する段階と、
前記中間時点で推定された第1積分信号を得るために、第1サンプリング時点での前記第1積分信号と第3サンプリング時点での前記第1積分信号とを補間する段階と、
前記中間時点で推定された第2積分信号を得るために、第2サンプリング時点での前記第2積分信号と第4サンプリング時点での前記第2積分信号とを補間する段階と、を含み、
前記第1サンプリング時点は、前記中間時点よりも前であり、前記第3サンプリング時点は、前記中間時点よりも後であり、前記第2サンプリング時点は、前記中間時点よりも前であり、前記第4サンプリング時点は、前記中間時点よりも後であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の距離測定方法。 - 前記狭域の電磁気エネルギーは、850nmと950nmとの間の波長を有することを特徴とする請求項2に記載の距離測定方法。
- 前記複数の変調位相オフセットは、同様に分けられた4つの位相オフセットを含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の距離測定方法。
- 0°の位相オフセット、90°の位相オフセット、180°の位相オフセット、及び270°の位相オフセットのそれぞれに対する第1信号、第2信号、第3信号、及び第4信号は、少なくとも一つのフォトセンサーによって受信されて積分されることを特徴とする請求項7に記載の距離測定方法。
- 前記少なくとも一つのフォトセンサーは、複数のカラーピクセルと複数の距離ピクセルとを含み、
前記複数のカラーピクセルは、第1積分回路に配され、前記複数の距離ピクセルは、第2積分回路に配されることを特徴とする請求項8に記載の距離測定方法。 - 前記少なくとも一つのフォトセンサーは、一つの集積回路に具現された複数のカラーピクセルと複数の距離ピクセルとを含むことを特徴とする請求項8または9に記載の距離測定方法。
- 電磁気エネルギーを変調された連続波として放射するための狭域ソースと、
複数の変調位相オフセットに対するターゲットから反射される電磁気エネルギーを表わす複数の信号を受信して積分するためのフォトセンサーと、
前記複数の変調位相オフセットで複数の積分信号を測定し、前記複数の変調位相オフセットのうちの他の一つの積分信号に対する受信時間を調節するために、前記複数の変調位相オフセットのうちの少なくとも一つに対する少なくとも一つの積分信号をそれぞれ推定し、前記推定された少なくとも何れか一つの信号によってターゲットと受信器との距離を決定する制御ユニットと、
を含むことを特徴とする距離測定システム。 - 前記複数の変調位相オフセットは、同様に分けられた4つの位相オフセットを含み、0°の位相オフセットと180°の位相オフセットのそれぞれに対する第1信号と第3信号は、前記フォトセンサーによって受信されて積分され、90°の位相オフセットと270°の位相オフセットのそれぞれに対する第2信号と第4信号は、第2フォトセンサーによって受信されて積分されることを特徴とする請求項11に記載の距離測定システム。
- 複数の変調位相オフセットに対するターゲットから反射される電磁気エネルギーを表わす複数の信号を受信して積分するためのフォトセンシングアレイと、
前記複数の変調位相オフセットで複数の積分信号を測定し、前記複数の変調位相オフセットのうちから他の一つの積分信号に対する受信時間を調節するために、前記複数の変調位相オフセットのうちから少なくとも一つに対する少なくとも一つの積分信号をそれぞれ推定し、前記推定された少なくとも何れか一つの信号によってターゲットと受信器との距離を決定する制御ユニットと、
を含むことを特徴とする距離センサー。 - 前記フォトセンシングアレイは、
前記複数の変調位相オフセットで複数の信号サンプルを順次に獲得するための複数のピクセルを含むことを特徴とする請求項13に記載の距離センサー。 - 前記フォトセンシングアレイは、
複数の第1変調位相オフセットで複数の信号サンプルを順次に獲得するための第1センサーと、
複数の第2変調位相オフセットで複数の信号サンプルを順次に獲得するための第2センサーと、を含み、
前記複数の第1変調位相オフセットと前記複数の第2変調位相オフセットは、交互に順
次に発生することを特徴とする請求項13に記載の距離センサー。 - 前記複数の変調位相オフセットは、同様に分けられた4つの位相オフセットを含むことを特徴とする請求項13に記載の距離センサー。
- 0°の位相オフセット、90°の位相オフセット、180°の位相オフセット、及び270°の位相オフセットのそれぞれに対する第1信号、第2信号、第3信号、及び第4信号のそれぞれは、第1フォトセンシングアレイ、第2フォトセンシングアレイ、第3フォトセンシングアレイ、及び第4フォトセンシングアレイのそれぞれによって受信されて積分されることを特徴とする請求項16に記載の距離センサー。
- 0°の位相オフセットと180°の位相オフセットのそれぞれに対する第1信号と第3信号は、前記第1フォトセンシングアレイによって受信されて積分され、90°の位相オフセットと270°の位相オフセットのそれぞれに対する第2信号と第4信号は、第2フォトセンシングアレイによって受信されて積分されることを特徴とする請求項16に記載の距離センサー。
- 前記フォトセンシングアレイは、
複数のカラーピクセルに対する複数の信号サンプルを獲得するための第1積分回路と、
複数の距離ピクセルに対する複数の信号サンプルを獲得するための第2積分回路と、
を含むことを特徴とする請求項13から18のいずれかに記載の距離センサー。 - 前記フォトセンシングアレイは、
カラーピクセルと距離ピクセルに対する複数の信号サンプルを獲得するための積分回路を含むことを特徴とする請求項13から19のいずれかに記載の距離センサー。
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