JP2022091104A - イメージセンシング装置、その動作方法、及びイメージセンシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光発信機から出力される信号と光受信機を制御するための信号との間の初期位相オフセットを調整するイメージセンシング装置を提供する。【解決手段】変調信号ＭＳを被写体に照射する光発信機１１０と、位相制御信号に応じて被写体からの反射信号ＲＳに対応するピクセル信号ＰＩＸを生成する光受信機１２０と、ピクセル信号に基づいて深さ位相を算出し、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相を補償して深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴとして出力するイメージプロセッサ１４０と、変調信号の位相に対応する位相制御信号を生成し、位相オフセット信号に応じて位相制御信号と変調信号との初期位相差を設定する駆動制御回路１３０と、複数の基準位相を設定し、設定された基準位相のうち深さ位相に最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と深さ位相との位相差に対応する位相オフセット信号を算出するオフセット算出回路１５０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体設計技術に関し、より具体的には、ＴＯＦ方式にて深さ情報を取得するイメージセンシング装置に関する。

飛行時間型（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ、ＴＯＦ）方式は、光または信号などの飛行時間、すなわち、光または信号を射って被写体に反射されてくる時間を測定して距離を計算する方式をいう。ＴＯＦセンサは、ＴＯＦ方式を利用して対象とカメラとの間の距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ）に基づいて対象の深さ（ｄｅｐｔｈ）に関する情報を含むイメージを取得できる。従来のイメージセンサが事物の色、形状などを表す２次元イメージを出力したならば、ＴＯＦセンサは、対象の色、形状だけでなく、深さ（ｄｅｐｔｈ）を表す３次元イメージを出力できる。

本発明の実施形態は、ＴＯＦ方式にて取得された深さ情報に基づいて光発信機から出力される変調信号と光受信機を制御するための位相制御信号との間の初期位相オフセットを調整できるイメージセンシング装置及びその動作方法を提供する。

本発明の一側面によれば、イメージセンシング装置は、変調信号ＭＳを被写体に照射する光発信機１１０と、位相制御信号ＰＣＴＲＬに応じて前記被写体から反射される反射信号ＲＳに対応するピクセル信号ＰＩＸを生成する光受信機１２０と、前記ピクセル信号に基づいて深さ位相ＴＯＰ＿ＰＨを算出し、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて前記深さ位相を補償して深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴとして出力するイメージプロセッサ１４０と、前記変調信号の位相に対応する前記位相制御信号を生成し、前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号と前記変調信号との初期位相差を設定する駆動制御回路１３０と、複数の基準位相を設定し、設定された基準位相のうち、前記深さ位相に最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と前記深さ位相との位相差に対応する前記位相オフセット信号を算出するオフセット算出回路１５０とを備えることができる。

本発明の一側面によれば、イメージセンシング方法は、光受信機が変調信号を被写体に照射するステップと、光発信機が位相制御信号に応じて前記被写体から反射される反射信号に対応するピクセル信号を生成するステップと、前記ピクセル信号に基づいて深さ位相を生成するステップと、複数の基準位相を設定し、設定された基準位相のうち、前記深さ位相に最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と前記深さ位相との位相差に対応する位相オフセット信号を算出するステップと、前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号と前記変調信号との初期位相差を設定するステップと、前記位相オフセット信号に応じて前記深さ位相を補償して深さ情報として出力するステップとを含むことができる。

本発明の一側面によれば、イメージセンシング装置の駆動方法は、ソース信号を生成してターゲットに照射するステップと、前記ターゲットから反射される前記ソース信号である反射信号を受信するステップと、オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて指定される特定量Ｔｄの分だけ前記ソース信号に対して遅延される位相（ｌａｇｇｉｎｇ ｐｈａｓｅ）を有する制御信号ＰＣＴＲＬを生成するステップと、前記制御信号を介して単位ピクセルを制御し、前記反射信号に基づいてピクセル信号ＰＩＸを生成するステップと、前記ピクセル信号に応じて深さ位相を算出するステップと、前記オフセット信号に応じて前記深さ位相を補償して深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成するステップと、複数の基準位相のうち、前記深さ情報から最も小さいオフセットを有する基準位相を選択するステップと、前記最も小さいオフセットに対応するオフセット信号をアップデートするステップとを含むことができる。

本発明の実施形態は、ＴＯＦ方式を利用して深さ情報を取得するイメージセンシング装置において、深さ情報に基づいて変調信号と位相制御信号との間の初期位相オフセットを設定した後、取得された深さ情報を設定された初期位相オフセットを用いて最終的に補償することにより深さエラーを最小化し、正確な深さ情報を取得できるという効果がある。

ＴＯＦ方式のイメージセンシング装置を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るＴＯＦ方式のイメージセンシング装置を説明するためのブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る図２のピクセルアレイの詳細構成を説明するための図である。 一般的なＴＯＦ方式のイメージセンシング装置の動作を説明するためのタイミング図である。 イメージセンシング装置において深さによって発生する深さエラーを見せるグラフである。 反射信号と位相制御信号との位相差によって発生する深さエラーを見せるグラフである。 本発明の実施形態に係るオフセット算出回路を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るオフセット算出回路を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る図２のイメージセンシング装置の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置の動作を説明するための順序図である。 本発明の第２実施形態に係るＴＯＦ方式のイメージセンシング装置を説明するためのブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る図９のイメージセンシング装置の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の第３実施形態に係るＴＯＦ方式のイメージセンシング装置を説明するためのブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る図１１のイメージセンシング装置の動作を説明するためのタイミング図である。

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

そして、明細書全体において、ある部分が他の部分と「接続」されているとするとき、これは、「直接的に接続」されている場合だけでなく、その中間に他の回路を挟んで「電気的に接続」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」または「備える」とするとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くことでなく、他の構成要素をさらに含むか、備えることができるということを意味する。また、明細書全体の記載において、一部構成要素を単数型に記載したとして、本発明がそれに限定されるものではなく、当該構成要素が複数個からなり得ることが分かるであろう。

図１は、ＴＯＦ方式のイメージセンシング装置１０を説明するための図である。

図１に示すように、ＴＯＦ方式のイメージセンシング装置１０は、被写体２０との距離を測定できる。イメージセンシング装置１０は、種々の産業分野及び消費者市場における自動化開発に極めて重要な要素のうち１つになることができる。消費者が使用する装置は、イメージセンシング装置１０を介して周辺環境を認識したり、周辺環境における装置の位置を認識できる。イメージセンシング装置１０を含むカメラは、３次元環境に含まれた事物等の色、形態、距離を判断して３次元ビジョン技術を提供できる。

イメージセンシング装置１０は、被写体２０との距離を測定するために、変調信号（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）を出力する発信機１２と変調信号（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）が被写体２０に反射されて戻ってくる反射信号（ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）を受信する受信機１４とを備えることができる。発信機１２が出力する変調信号（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）が予め設定されたパターンで周辺環境に発散され、周辺環境にある種々の事物、対象から反射された反射信号（ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）が受信機１４を介して受信されれば、変調信号と反射信号との相関関係（例えば、位相差）を介して距離を決定できる。一方、変調信号と反射信号との相関関係を介して距離を決定するとき、周辺光（ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）などによる雑音を除去するための動作が行われ得る。

図２は、本発明の第１実施形態に係るＴＯＦ方式のイメージセンシング装置１００を説明するためのブロック図である。

図２に示すように、イメージセンシング装置１００は、ＴＯＦ方式を利用して被写体２００との距離を表す深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。例えば、イメージセンシング装置１００は、被写体２００に出力される変調信号ＭＳと被写体２００から反射される反射信号ＲＳとの位相差を検出することにより深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。

イメージセンシング装置１００は、光発信機１１０、光受信機１２０、駆動制御回路１３０、イメージプロセッサ１４０、及びオフセット算出回路１５０を備えることができる。

光発信機１１０は、ソース信号である変調制御信号ＭＣに応じて被写体２００に変調信号ＭＳを出力できる。例えば、変調信号ＭＳは、周期的にトグリングする周期信号（例えば、クロック信号）であることができる。実施形態によって、光発信機１１０は、互いに異なる位相を有する変調信号ＭＳを順次被写体２００に照射することができる。例えば、変調信号ＭＳは、０度（すなわち、３６０度）の位相、９０度の位相、１８０度の位相、２７０度の位相のうち、少なくとも２つの位相を有することができる。以下において、０度は、３６０度と同じ意味を有することができる。光発信機１１０は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）またはレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）で構成されることができる。光発信機１１０から出力される変調信号ＭＳは、３次元環境に含まれた事物等の色、形態などを決定するのに使用される可視光線の領域でない、赤外線あるいは紫外線領域に属する周波数を有することができる。例えば、光発信機１１０は、特定波長の光（例、８５０ｎｍの近赤外線）を照射することができる。

光受信機１２０は、被写体２００から反射される反射信号ＲＳを受信することができる。反射信号ＲＳは、変調信号ＭＳから飛行時間に対応する遅延時間後に光受信機１２０に入力されることができる。光受信機１２０は、反射信号ＲＳに対応するピクセル信号ＰＩＸｓを生成できるピクセルアレイ１２１を備えることができる。光受信機１２０は、反射信号ＲＳから周辺光（ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）などによる雑音を除去し、雑音が除去された反射信号ＲＳをピクセルアレイ１２１に提供することができる。特に、本発明の実施形態において、ピクセルアレイ１２１は、ＴＯＦセンサを構成できる。図２では、光受信機１２０がピクセルアレイ１２１を備えることと図示されたが、ピクセルアレイ１２１は、光受信機１２０と別個の構成で配置されることができる。

ピクセルアレイ１２１は、ロー制御信号ＲＣＴＲＬ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬに応じて反射信号ＲＳを測定、収集、あるいは決定してピクセル信号ＰＩＸｓを生成できる。ピクセルアレイ１２１は、被写体２００との距離を測定するための少なくとも１つの単位ピクセル（図示せず、図３のＰＸ）を含むことができる。単位ピクセルＰＸは、少なくとも２つのピクセル（図示せず、図３のＴＡＰＡ、ＴＡＰＢ）を含むことができる。例えば、単位ピクセルＰＸは、ロー制御信号ＲＣＴＲＬに応じて選択されて、位相制御信号ＰＣＴＲＬに応じて反射信号ＲＳに対応する第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２を生成できる。ピクセルアレイ１２１の詳細構成は、図３を参照して説明する。

駆動制御回路１３０は、イメージセンシング装置１００と連動する外部装置あるいはユーザインターフェースなどから距離測定のための要請ＲＱに応答して変調制御信号ＭＣ、ロー制御信号ＲＣＴＲＬ、及び位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。駆動制御回路１３０は、要請ＲＱに応答して変調信号ＭＳの周期を調整するための変調制御信号ＭＣを生成し、変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。特に、駆動制御回路１３０は、オフセット信号である位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相制御信号ＰＣＴＲＬと前記変調信号ＭＳとの初期位相差（すなわち、初期位相オフセット）を設定できる。例えば、駆動制御回路１３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相を調整（例えば、遅延）して位相制御信号ＰＣＴＲＬと前記変調信号ＭＳとの初期位相オフセットを設定できる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差がターゲット値に設定されることができる。このとき、ターゲット値は、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対して深さエラーが最小になる値に設定されることができ、望ましくは、０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度のうち１つに選択されることができる。

実施形態によって、駆動制御回路１３０は、変調コントローラ１３２、位相変換回路１３４、発信駆動部１３６、及びセンサ駆動部１３８を備えることができる。

変調コントローラ１３２は、外部要請ＲＱに応答して第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを生成できる。変調コントローラ１３２は、光発信機１１０が周辺光（Ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）とは区別され得る所定周期の変調信号ＭＳを生成できるように、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを生成することができる。変調コントローラ１３２は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを発信駆動部１３６及び位相変換回路１３４に提供することができる。

発信駆動部１３６は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍに応じて変調制御信号ＭＣを生成できる。実施形態によって、発信駆動部１３６は、光発信機１１０内に含まれるか、光発信機１１０が変調コントローラ１３２により直接駆動及び制御されることもできる。

位相変換回路１３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍに応じて動作する発信駆動部１３６の動作時点に連動されて、センサ駆動部１３８が動作するように第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤを生成できる。位相変換回路１３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを介して変調制御信号ＭＣに対する特性を既に知っているので、変調信号ＭＳに対応する互いに異なる位相（例えば、０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度）を決定できる。例えば、位相変換回路１３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍに基づき、変調信号ＭＳの位相を変化（例えば、シフト）させて、互いに異なる位相（例えば、変調信号ＭＳの０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度）を有する位相情報ＰＦＣを生成し、生成された位相情報ＰＦＣを第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに含めて出力することができる。特に、第１実施形態において、位相変換回路１３４は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相が遅延時間Ｔｄの分だけ遅延されるように位相情報ＰＦＣを変更できる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差がターゲット値に設定され得る。

センサ駆動部１３８は、第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに応じてピクセルアレイ１２１をロー別に制御するためのロー制御信号ＲＣＴＲＬを生成できる。例えば、センサ駆動部１３８は、ピクセルアレイ１２１の第１のローに配列された単位ピクセルＰＸを制御するための第１のロー制御信号を生成でき、ピクセルアレイ１２１の第ｎのローに配列された単位ピクセルＰＸを制御するための第ｎのロー制御信号を生成できる（「ｎ」は、２より大きい自然数）。また、センサ駆動部１３８は、第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに応じてピクセルアレイ１２１の単位ピクセルの動作タイミングを制御するための位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。実施形態によって、位相制御信号ＰＣＴＲＬは、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨにより指定される遅延量の分だけ変調信号ＭＳに対して遅延（ｌａｇｇｉｎｇ）位相を有する制御信号であることができる。センサ駆動部１３８は、第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに含まれた位相情報ＰＦＣに基づいて、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに対応する遅延時間Ｔｄの分だけ変調信号ＭＳの位相に対して遅延された位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。位相制御信号ＰＣＴＲＬは、単位ピクセルＰＸ内のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＰＢに各々対応し、互いに異なる位相を有する複数の位相遷移信号（図示せず、図３のＭＩＸＡ、ＭＩＸＢ）を含むことができる。例えば、センサ駆動部１３８は、位相情報ＰＦＣに基づいて、変調信号ＭＳの０度と１８０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢと、変調信号ＭＳの９０度と２７０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢとを順次生成して光受信機１２０を駆動することができる。このとき、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相情報ＰＦＣが変更されたので、第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢの初期位相は、変調信号ＭＳより遅延されることができる。実施形態によって、センサ駆動部１３８は、光受信機１２０内に含まれるか、光受信機１２０がセンサ駆動部１３８により直接駆動及び制御されることもできる。

イメージプロセッサ１４０は、ピクセル信号ＰＩＸｓに基づいて被写体２００との距離を表す深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。例えば、イメージプロセッサ１４０は、単位ピクセルＰＸから提供される第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２に基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出し、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。イメージプロセッサ１４０は、算出された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨをオフセット算出回路１５０に提供することができる。特に、イメージプロセッサ１４０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが入力されれば、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる。

実施形態によって、イメージプロセッサ１４０は、信号変換回路１４２及び信号処理回路１４４を備えることができる。

信号変換回路１４２は、光受信機１２０から出力された第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２をデジタル形態のデータＤＤに変換することができる。例えば、光受信機１２０から出力される第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２は、アナログ形態のデータであることができ、信号変換回路１４２を介して変換された出力は、デジタル形態のデータＤＤであることができる。

信号処理回路１４４は、信号変換回路１４２から伝達されたデータＤＤに所定の演算過程を行って深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出し、光の速度ｃと変調信号ＭＳの周波数（周期）とに基づいて算出された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。生成された深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴは、イメージセンシング装置１００と被写体２００との間の距離（すなわち、深さ）を表す情報として出力されることができる。また、信号処理回路１４４は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに反映して位相変換回路１３４で変更された位相の分だけ深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相に対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる。

オフセット算出回路１５０は、イメージプロセッサ１４０からフィードバックされる深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに基づいて位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを算出できる。オフセット算出回路１５０は、複数の基準位相を設定し、設定された基準位相のうち、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨとの位相差に対応する位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを生成できる。参考として、複数の基準位相は、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対して深さエラーが最小になる位相であって、０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度の位相に設定されることができる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る図２のピクセルアレイ１２１の詳細構成を説明するための図である。

図３に示すように、ピクセルアレイ１２１は、複数の単位ピクセルＰＸがアレイ形態に配置されることができる。例えば、１つの単位ピクセルＰＸは、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＰＢを含むことができる。第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＰＢは、ロー制御信号ＲＣＴＲＬに応じて選択され、位相制御信号ＰＣＴＲＬに応じて反射信号ＲＳに対応する第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２を生成できる。参考として、図３において、ロー制御信号ＲＣＴＲＬは、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、及び選択信号ＳＸに対応し、位相制御信号ＰＣＴＲＬは、第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢに対応することができる。すなわち、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＰＢは、位相制御信号ＰＣＴＲＬの互いに異なる位相で動作することができる。

第１のピクセルＴＡＰＡは、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、選択信号ＳＸ、及び第１の位相遷移信号ＭＩＸＡに応じて第１のピクセル信号ＰＩＸ１を生成できる。例えば、第１のピクセルＴＡＰＡは、第１のセンシング回路Ｐ１、第１のリセット回路ＲＴ１、第１の伝達回路ＴＴ１、第１の電荷蓄積回路Ｃ１、第１の駆動回路ＤＴ１、及び第１の選択回路ＳＴ１を備えることができる。第１のセンシング回路Ｐ１は、第１のノードＮ１と低電圧端との間に連結されて、第１の位相遷移信号ＭＩＸＡに応じて電荷を生成できる。第１のセンシング回路Ｐ１は、フォートダイオードを備えることができる。第１のリセット回路ＲＴ１は、高電圧端と第１のノードＮ１との間に連結されて、リセット信号ＲＸに応じて第１のセンシング回路Ｐ１と第１の電荷蓄積ノードＣ１とをリセットすることができる。第１の伝達回路ＴＴ１は、第１のノードＮ１と第１のフローティング拡散（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードＦＤ１との間に連結されて、伝達信号ＴＸに応じて第１の電荷蓄積回路Ｃ１をリセットし、第１のセンシング回路Ｐ１から生成された電荷を第１の電荷蓄積回路Ｃ１に伝達することができる。第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、第１のフローティング拡散ノードＦＤ１と低電圧端との間に連結されることができる。第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、寄生キャパシタであることができる。第１の駆動回路ＤＴ１は、高電圧端と第１の選択回路ＳＴ１との間に連結されて、第１のフローティング拡散ノードＦＤ１にかかった電圧により高電圧端を介して供給される高電圧で第１のコラムラインＣＯＬ１を駆動できる。第１の選択回路ＳＴ１は、第１の駆動回路ＤＴ１と第１のコラムラインＣＯＬ１との間に連結されて、選択信号ＳＸに応じて第１の駆動回路ＤＴ１と第１のコラムラインＣＯＬ１とを選択的に連結することができる。

上記の構造により、第１のピクセルＴＡＰＡは、次のように動作することができる。リセット信号ＲＸに応じて決定されるリセット区間の間、第１のリセット回路ＲＴ１は、第１の電荷蓄積回路Ｃ１と第１のセンシング回路Ｐ１とをリセットすることができる。伝達信号ＴＸと第１の位相遷移信号ＭＩＸＡとにより決定される伝達区間の間、第１のセンシング回路Ｐ１は、第１の位相遷移信号ＭＩＸＡに応じて電荷を生成し、第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、電荷を蓄積することができる。選択信号ＳＸに応じて決定される読み出し区間の間、第１の駆動回路ＤＴ１及び第１の選択回路ＳＴ１は、電荷に対応する第１のピクセル信号ＰＩＸ１を第１のコラムラインＣＯＬ１を介してイメージプロセッサ１４０に読み出すことができる。

第２のピクセルＴＡＰＢは、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、選択信号ＳＸ、及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＢに応じて第２のピクセル信号ＰＩＸ２を生成できる。第２のピクセルＴＡＰＢの詳細構成及び動作は、第１のピクセルＴＡＰＡと実質的に同様であるので、詳細な説明は省略する。

図４は、一般的なＴＯＦ方式のイメージセンシング装置の動作を説明するためのタイミング図である。図４は、図３のオフセット算出回路１５０から提供される位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが反映されない場合を示している。

図４に示すように、光発信機１１０が所定周期にトグリングする変調信号ＭＳを被写体２００に照射すれば、変調信号ＭＳは、被写体２００に反射された後、反射信号ＲＳとして受信されることができる。このとき、変調信号ＭＳと反射信号ＲＳとは、飛行時間に対応する位相差φを有することができる。

位相変換回路１３４は、変調信号ＭＳの位相を９０度間隔でシフトして変調信号ＭＳの０度、９０度、１８０度、２７０度の位相情報ＰＦＣを生成できる。センサ駆動部１３８は、位相情報ＰＦＣに基づいて変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。センサ駆動部１３８は、変調信号ＭＳの０度と１８０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢと、変調信号ＭＳの９０度と２７０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢとを順次生成して光受信機１２０を駆動できる。

順次入力される第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢに対応して受信される反射信号ＲＳの量（光量によって発生した電荷の量）は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４であることができる。このとき、反射信号ＲＳの量Ｑ１、Ｑ３は、図３の第１のピクセル信号ＰＩＸ１に対応し、反射信号ＲＳの量Ｑ２、Ｑ４は、図３の第２のピクセル信号ＰＩＸ２に対応することができる。イメージプロセッサ１４０は、単位ピクセルＰＸから提供される第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２に基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出し、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。

一方、ＴＯＦ方式にて深さ情報を取得するイメージセンシング装置では、深さが深くなるほど、すなわち、距離が遠くなるほど、発生する深さエラーが大きくなることがある。このとき、理想的な場合には、被写体２００との距離が遠くなるほど、深さエラーが線形的に（ｌｉｎｅａｒｌｙ）増加しなければならないが、光受信機及び発信機の性能、単位ピクセル内のピクセルのミスマッチ、ピクセル内の素子（例えば、トランジスタ）のミスマッチなどの理由により、イメージセンシング装置別（Ａ、Ｂ）に非線形的な深さエラーが発生するようになる。例えば、図５Ａのグラフのように、仮りに、ターゲット深さが１０００ｍｍである場合、Ａ装置の深さエラーがＢ装置の深さエラーより大きくなるようになる。これにより、深さエラーを一括的に補償し難く、各装置別に深さ情報を取得する度に深さエラーを計算して反映しなければならないという困難があった。

また、反射信号ＲＳの量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に対応するピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２に応じて深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成するとき、信号対雑音比（ＳＮＲ）の観点から見ると、位相制御信号ＰＣＴＲＬの活性化区間で反射信号ＲＳの量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が占める区間が５０：５０または１００：０になるとき、イメージプロセッサの性能が最も最適化されることができる。すなわち、図５Ｂのグラフのように、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度に該当する地点で、信号対雑音比（ＳＮＲ）が５０：５０または１００：０になり、深さエラーが最小になることができる。

したがって、本発明の実施形態では、オフセット算出回路１５０を用いて位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相を遅延させ、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度になるように設定することにより深さエラーを最小化させることができる。すなわち、本発明の実施形態において、オフセット算出回路１５０は、０度、９０度、１８０度、２７０度を第１ないし第４の基準位相に設定し、設定された第１ないし第４の基準位相のうち、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨとの位相差に対応する位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを生成できる。例えば、図６Ａに示すように、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを反映しなかったデフォルト状態のイメージプロセッサ１４０からフィードバックされる深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨが１０８度であると仮定する。この場合、０度、９０度、１８０度、２７０度の第１ないし第４の基準位相のうち、１０８度の深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに最も近接した基準位相は９０度であるから、オフセット算出回路１５０は、９０度の選択された基準位相と１０８度の深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨとの位相差（すなわち、１８度）に対応する位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを生成できる。その後、駆動制御回路１３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相を遅延させて、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの位相差が９０度になるように設定することにより深さエラーを最小化させることができる。

また、本発明の実施形態において、イメージプロセッサ１４０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが入力されれば、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる。例えば、図６Ｂに示すように、イメージセンシング装置１００が０～１５００ｍｍまで測定可能な場合、０度、９０度、１８０度、２７０度の第１ないし第４の基準位相に対応する深さは、各々０ｍｍ、３７５ｍｍ、７５０ｍｍ、１１２５ｍｍになることができる。イメージプロセッサ１４０は、測定された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨ（理想的には、９０度）に位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを反映して、１０８度に対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴとして４５０ｍｍ（すなわち、１５００×１０８／３６０）を算出できる。

図７は、本発明の第１実施形態に係る図２のイメージセンシング装置１００の動作を説明するためのタイミング図である。

図７に示すように、光発信機１１０が所定周期にトグリングする変調信号ＭＳを被写体２００に照射すれば、変調信号ＭＳは、被写体２００に反射された後、反射信号ＲＳとして受信されることができる。このとき、変調信号ＭＳと反射信号ＲＳとは、飛行時間に対応する位相差φを有することができる。

位相変換回路１３４は、変調信号ＭＳの位相を９０度間隔でシフトして変調信号ＭＳの０度、９０度、１８０度、２７０度の位相情報ＰＦＣを生成できる。位相変換回路１３４は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相制御信号ＰＣＴＲＬの位相が遅延されるように位相情報ＰＦＣを変更できる。例えば、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが１８度に算出された場合、位相変換回路１３４は、位相制御信号ＰＣＴＲＬの位相が１８度遅延されるように位相情報ＰＦＣを変更できる。

センサ駆動部１３８は、位相情報ＰＦＣに基づいて変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。センサ駆動部１３８は、変調信号ＭＳの０度と１８０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢと、変調信号ＭＳの９０度と２７０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢとを順次生成して光受信機１２０を駆動できる。このとき、センサ駆動部１３８は、第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢの初期位相を位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに対応する遅延時間Ｔｄの分だけ遅延させることができる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のうち１つに設定されることができる。結果的に、位相制御信号ＰＣＴＲＬの活性化区間で反射信号ＲＳの量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が占める区間は、５０：５０または１００：０になる。したがって、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最大になり、深さエラーが最小になることができる。

イメージプロセッサ１４０は、単位ピクセルＰＸから提供される第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２に基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出し、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。イメージプロセッサ１４０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが入力されれば、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる。

以下、図２～図８を参照して本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置１００の動作を説明する。

図８は、本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置１００の動作を説明するための順序図である。

図８に示すように、まず、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを反映しなかったデフォルト状態のイメージプロセッサ１４０からフィードバックされる深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを受信することができる。

より詳細に、駆動制御回路１３０は、要請ＲＱに応答して変調信号ＭＳの周期を調整するための変調制御信号ＭＣを生成し、ロー制御信号ＲＣＴＲＬ及び変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成する（Ｓ８１０）。光発信機１１０は、変調制御信号ＭＣに応じて被写体２００に変調信号ＭＳを照射する（Ｓ８２０）。光受信機１２０のピクセルアレイ１２１は、ロー制御信号ＲＣＴＲＬ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬに応じて被写体２００から反射される反射信号ＲＳに対応するピクセル信号ＰＩＸｓを生成する（Ｓ８３０）。イメージプロセッサ１４０は、ピクセル信号ＰＩＸｓに基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出する（Ｓ８４０）。

位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが設定されなかった場合（Ｓ８５０のＮＯ）、オフセット算出回路１５０は、イメージプロセッサ１４０からフィードバックされる深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに基づいて位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを算出できる（Ｓ８６０）。すなわち、オフセット算出回路１５０は、複数の基準位相（例えば、０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度）を設定し、設定された基準位相のうち、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨとの位相差に対応する位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを生成できる。駆動制御回路１３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相制御信号ＰＣＴＲＬの位相を調整できる（Ｓ８７０）。

その後、光発信機１１０は、変調制御信号ＭＣに応じて被写体２００に変調信号ＭＳを照射（Ｓ８２０）し、ピクセルアレイ１２１は、ロー制御信号ＲＣＴＲＬ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬに応じて被写体２００から反射される反射信号ＲＳに対応するピクセル信号ＰＩＸｓを生成する（Ｓ８３０）。このとき、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差が、０度、９０度、１８０度、２７０度のうち１つに設定されているので、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最大になり、深さエラーが最小になることができる。

その後、イメージプロセッサ１４０は、ピクセル信号ＰＩＸｓに基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出する（Ｓ８４０）。位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが設定された場合（Ｓ８５０のＹＥＳ）、イメージプロセッサ１４０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる（Ｓ８８０）。

一方、上記の第１実施形態では、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを用いて位相制御信号ＰＣＴＲＬの位相を遅延させる点を説明したが、提案発明は、これに限定されない。以下、図９及び図１０を参照して位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを用いて変調信号ＭＳの位相を調整する点を説明する。

図９は、本発明の第２実施形態に係るＴＯＦ方式のイメージセンシング装置３００を説明するためのブロック図である。

図９に示すように、イメージセンシング装置３００は、光発信機３１０、光受信機３２０、駆動制御回路３３０、イメージプロセッサ３４０、及びオフセット算出回路３５０を備えることができる。図９の光発信機３１０、光受信機３２０、イメージプロセッサ３４０、及びオフセット算出回路３５０は、図２の構成等と実質的に同様であるので、詳細な説明は省略する。

駆動制御回路３３０は、要請ＲＱに応答して変調信号ＭＳの周期を調整するための変調制御信号ＭＣを生成し、変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。駆動制御回路３３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの初期位相オフセットを設定できる。このとき、第２実施形態に係る駆動制御回路３３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳの初期位相が調整（例えば、遅延）されるように変調制御信号ＭＣを生成できる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差がターゲット値である０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度のうち１つに設定されることができる。

実施形態によって、駆動制御回路３３０は、変調コントローラ３３２、位相変換回路３３４、発信駆動部３３６、及びセンサ駆動部３３８を備えることができる。

変調コントローラ３３２は、外部要請ＲＱに応答して光発信機３１０が周辺光（Ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）とは区別され得る所定周期の変調信号ＭＳを生成できるように第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを出力できる。変調コントローラ３３２は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを位相変換回路３３４に提供することができる。特に、第２実施形態において、変調コントローラ３３２は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを調整し、調整された第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤを生成できる。例えば、変調コントローラ３３２は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍを遅延させ、遅延された第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤを生成できる。変調コントローラ３３２は、調整された第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤを発信駆動部３３６に提供することができる。

発信駆動部３３６は、調整された第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤに応じて変調信号ＭＳの初期位相が遅延されるように変調制御信号ＭＣを生成できる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差がターゲット値に設定されることができる。

位相変換回路３３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍに応じて動作する発信駆動部３３６の動作時点に連動されてセンサ駆動部３３８が動作するように第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｄを生成できる。位相変換回路３３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｍに基づき、変調信号ＭＳの位相を変化（例えば、シフト）させて、互いに異なる位相（例えば、（初期位相が調整されるか、遅延されなかった）変調信号ＭＳの０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度）を有する位相情報ＰＦＣを生成し、生成された位相情報ＰＦＣを第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｄに含めて出力することができる。

センサ駆動部３３８は、第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿Ｄに応じてピクセルアレイ３２１を制御するためのロー制御信号ＲＣＴＲＬ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る図９のイメージセンシング装置３００の動作を説明するためのタイミング図である。

図１０に示すように、駆動制御回路３３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳの初期位相が調整（例えば、遅延）されるように変調制御信号ＭＣを生成できる。これにより、光発信機３１０は、所定周期にトグリングするものの、初期位相が位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに対応する遅延時間Ｔｄの分だけ遅延された変調信号ＭＳを被写体に照射することができる。変調信号ＭＳは、被写体に反射された後、反射信号ＲＳとして受信されることができる。このとき、変調信号ＭＳと反射信号ＲＳとは、飛行時間に対応する位相差φを有することができる。

位相変換回路３３４は、変調信号ＭＳの位相を９０度間隔でシフトして変調信号ＭＳの０度、９０度、１８０度、２７０度の位相情報ＰＦＣを生成できる。

センサ駆動部３３８は、位相情報ＰＦＣに基づいて変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。センサ駆動部３３８は、変調信号ＭＳの０度と１８０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢと、変調信号ＭＳの９０度と２７０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢとを順次生成して光受信機３２０を駆動できる。

このとき、変調信号ＭＳの初期位相が遅延されることにより反射信号ＲＳの初期位相も遅延されて、結果的に、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のうち１つに設定されることができる。これにより、位相制御信号ＰＣＴＲＬの活性化区間で反射信号ＲＳの量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が占める区間は、５０：５０または１００：０になることで、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最大になり、深さエラーが最小になることができる。

イメージプロセッサ３４０は、単位ピクセルＰＸから提供される第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２に基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出し、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。イメージプロセッサ３４０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが入力されれば、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる。

以下、図１１及び図１２を参照し、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨを用いて変調信号ＭＳ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬの位相を共に調整する点を説明する。

図１１は、本発明の第３実施形態に係るＴＯＦ方式のイメージセンシング装置４００を説明するためのブロック図である。

図１１に示すように、イメージセンシング装置４００は、光発信機４１０、光受信機４２０、駆動制御回路４３０、イメージプロセッサ４４０、及びオフセット算出回路４５０を備えることができる。図１１の光発信機４１０、光受信機４２０、イメージプロセッサ４４０、及びオフセット算出回路４５０は、図２の構成等と実質的に同様であるので、詳細な説明は省略する。

駆動制御回路４３０は、要請ＲＱに応答して変調信号ＭＳの周期を調整するための変調制御信号ＭＣを生成し、変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。駆動制御回路４３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの初期位相オフセットを設定できる。このとき、第３実施形態に係る駆動制御回路４３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相を共に調整（例えば、遅延）するように制御することができる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差がターゲット値である０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度のうち１つに設定されることができる。

実施形態によって駆動制御回路４３０は、変調コントローラ４３２、位相変換回路４３４、発信駆動部４３６、及びセンサ駆動部４３８を備えることができる。

変調コントローラ４３２は、外部要請ＲＱに応答して光発信機４１０が周辺光（Ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）とは区別され得る所定周期の変調信号ＭＳを生成できるように第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤを出力できる。このとき、第３実施形態において、変調コントローラ４３２は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳの初期位相が遅延されるように第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤを変更できる。変調コントローラ４３２は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤを発信駆動部４３６及び位相変換回路４３４に提供することができる。

発信駆動部４３６は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤに応じて第１の遅延時間Ｔｄ１の分だけ変調信号ＭＳの初期位相が遅延されるように変調制御信号ＭＣを生成できる。

位相変換回路４３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤに応じて第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤを生成できる。位相変換回路４３４は、第１の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＭＤに基づき、変調信号ＭＳの位相を変化（例えば、シフト）させて、互いに異なる位相（例えば、０度、９０度、１８０度、あるいは２７０度）を有する位相情報ＰＦＣを生成し、生成された位相情報ＰＦＣを第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに含めて出力することができる。特に、第３実施形態において、位相変換回路４３４は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて第２の遅延時間Ｔｄ２の分だけ位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相が遅延されるように位相情報ＰＦＣを変更できる。

センサ駆動部４３８は、第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに応じてロー制御信号ＲＣＴＲＬ及び位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。センサ駆動部４３８は、第２の駆動制御信号ＤＲＶ＿ＤＤに含まれた位相情報ＰＦＣに基づいて、変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。このとき、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて位相情報ＰＦＣが変更されたので、位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相は、変調信号ＭＳに比べて第２の遅延時間Ｔｄ２の分だけ遅延されることができる。

第３実施形態において、変調信号ＭＳの遅延された初期位相と位相制御信号ＰＣＴＲＬの遅延された初期位相との差が、第１実施形態における位相制御信号ＰＣＴＲＬの遅延された初期位相または第２実施形態の変調信号ＭＳの遅延された初期位相に各々対応することができる。

図１２は、本発明の第３実施形態に係る図１１のイメージセンシング装置４００の動作を説明するためのタイミング図である。

図１２に示すように、駆動制御回路４３０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて変調信号ＭＳの初期位相が調整（例えば、遅延）されるように変調制御信号ＭＣを生成できる。これにより、光発信機４１０は、所定周期にトグリングするものの、初期位相が位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに対応する第１の遅延時間Ｔｄ１の分だけ遅延された変調信号ＭＳを被写体に照射することができる。変調信号ＭＳは、被写体に反射された後、反射信号ＲＳとして受信されることができる。このとき、変調信号ＭＳと反射信号ＲＳとは、飛行時間に対応する位相差φを有することができる。

位相変換回路４３４は、変調信号ＭＳの位相を９０度間隔でシフトして変調信号ＭＳの０度、９０度、１８０度、２７０度の位相情報ＰＦＣを生成できる。位相変換回路４３４は、位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相が位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが反映された第２の遅延時間Ｔｄ２の分だけ遅延されるように位相情報ＰＦＣを変更できる。

センサ駆動部４３８は、位相情報ＰＦＣに基づいて変調信号ＭＳの位相に対応する位相制御信号ＰＣＴＲＬを生成できる。センサ駆動部４３８は、変調信号ＭＳの０度と１８０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢと、変調信号ＭＳの９０度と２７０度に対応する第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢとを順次生成して光受信機４２０を駆動できる。このとき、センサ駆動部４３８は、第１及び第２の位相遷移信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢの初期位相を位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに対応する第２の遅延時間Ｔｄ２の分だけ遅延させることができる。

このとき、第１の遅延時間Ｔｄ１は、コース（ｃｏａｒｓｅ）遅延時間と定義し、第２の遅延時間Ｔｄ２は、ファイン（ｆｉｎｅ）遅延時間と定義することができる。すなわち、第１の遅延時間Ｔｄ１を用いて変調信号ＭＳの初期位相を概略的に調整した後、第２の遅延時間Ｔｄ２を用いて位相制御信号ＰＣＴＲＬの初期位相を微細に調整することができる。第１の遅延時間Ｔｄ１及び第２の遅延時間Ｔｄ２の差は、第１または第２実施形態における遅延時間Ｔｄに対応することができる。これにより、反射信号ＲＳと位相制御信号ＰＣＴＲＬとの間の位相差が０度、９０度、１８０度、２７０度のうち１つに設定されることができる。結果的に、位相制御信号ＰＣＴＲＬの活性化区間で反射信号ＲＳの量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が占める区間は、５０：５０または１００：０になる。したがって、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最大になり、深さエラーが最小になることができる。

イメージプロセッサ４４０は、単位ピクセルＰＸから提供される第１及び第２のピクセル信号ＰＩＸ１、ＰＩＸ２に基づいて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを算出し、深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを生成できる。イメージプロセッサ４４０は、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨが入力されれば、位相オフセット信号ＯＦＦ＿ＰＨに応じて深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨを補償し、補償された深さ位相ＴＯＦ＿ＰＨに対応する深さ情報ＴＯＦ＿ＯＵＴを算出できる。

このような本発明の実施形態等によれば、ＴＯＦ方式を利用して深さ情報を取得するイメージセンシング装置において、取得された深さ情報に基づいて変調信号と位相制御信号との間の初期位相オフセットを設定することで、反射信号と位相制御信号との間の位相差が、深さエラーが最小になる位相として設定されることができる。また、設定された初期位相オフセットを用いて取得された深さ情報を最終的に補償することにより深さエラーを最小化し、正確な深さ情報を取得できるという効果がある。

本発明の技術思想は、上記実施形態によって具体的に記述されたが、以上で説明した実施形態は、その説明のためのものであり、その制限のためのものでないことに注意すべきである。また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で種々の置換、変形、及び変更により様々な実施形態が可能であることが理解できるであろう。

Claims (18)

1. 変調信号を被写体に照射する光発信機と、
   位相制御信号に応じて前記被写体から反射される反射信号に対応するピクセル信号を生成する光受信機と、
   前記ピクセル信号に基づいて深さ位相を算出し、位相オフセット信号に応じて前記深さ位相を補償して深さ情報として出力するイメージプロセッサと、
   前記変調信号の位相に対応する前記位相制御信号を生成し、前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号と前記変調信号との初期位相差を設定する駆動制御回路と、
   複数の基準位相を設定し、設定された基準位相のうち、前記深さ位相に最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と前記深さ位相との位相差に対応する前記位相オフセット信号を算出するオフセット算出回路と、
   を備えるイメージセンシング装置。
2. 前記複数の基準位相は、
   ０度の位相、９０度の位相、１８０度の位相、２７０度の位相を含む請求項１に記載のイメージセンシング装置。
3. 前記駆動制御回路は、
   前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号の初期位相を遅延させる請求項１に記載のイメージセンシング装置。
4. 前記駆動制御回路は、
   外部要請に応答して、前記光発信機が周辺光（Ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）とは区別され得る前記変調信号を生成できるように第１の駆動制御信号を生成する変調コントローラと、
   前記第１の駆動制御信号に基づき、前記変調信号の位相を変化させて、前記位相制御信号を生成するための位相情報を生成し、前記位相制御信号の初期位相が遅延されるように前記位相オフセット信号を生成する位相変換回路と、
   を備える請求項１に記載のイメージセンシング装置。
5. 前記駆動制御回路は、
   前記位相オフセット信号に応じて前記変調信号の初期位相を遅延させる請求項１に記載のイメージセンシング装置。
6. 前記駆動制御回路は、
   外部要請に応答して、前記光発信機が周辺光（Ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）とは区別され得る前記変調信号を生成できるように第１の駆動制御信号を生成し、前記位相オフセット信号に応じて前記変調信号の初期位相が遅延されるように前記第１の駆動制御信号を調整する変調コントローラと、
   前記第１の駆動制御信号に基づき、前記変調信号の位相を変化させて、前記位相制御信号を生成するための位相情報を生成する位相変換回路と、
   を備える請求項１に記載のイメージセンシング装置。
7. 前記駆動制御回路は、
   前記位相オフセット信号に応じて前記変調信号及び前記位相制御信号の初期位相を共に遅延させる請求項１に記載のイメージセンシング装置。
8. 前記駆動制御回路は、
   外部要請に応答して、前記光発信機が周辺光とは区別され得る前記変調信号を生成できるように第１の駆動制御信号を生成し、前記位相オフセット信号に応じて前記変調信号の初期位相が遅延されるように前記第１の駆動制御信号を調整する変調コントローラと、
   前記第１の駆動制御信号に基づき、前記変調信号の位相を変化させて、前記位相制御信号を生成するための位相情報を生成し、前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号の初期位相が遅延されるように前記位相情報を変更する位相変換回路と、
   を備える請求項１に記載のイメージセンシング装置。
9. 前記イメージプロセッサは、
   前記ピクセル信号をデジタル形態のデータに変換する信号変換回路と、
   前記データに所定の演算過程を行って前記深さ位相を算出し、前記位相オフセット信号を前記深さ位相に反映して前記深さ情報を算出する信号処理回路と、
   を備える請求項１に記載のイメージセンシング装置。
10. 前記光受信機は、
    複数の単位ピクセルがアレイ形態に配置されたピクセルアレイを含み、
    前記各単位ピクセルは、前記位相制御信号の互いに異なる位相で動作する少なくとも２つのピクセルを含む請求項１に記載のイメージセンシング装置。
11. 光受信機が変調信号を被写体に照射するステップと、
    光発信機が位相制御信号に応じて前記被写体から反射される反射信号に対応するピクセル信号を生成するステップと、
    前記ピクセル信号に基づいて深さ位相を生成するステップと、
    複数の基準位相を設定し、設定された基準位相のうち、前記深さ位相に最も近接した基準位相を選択し、選択された基準位相と前記深さ位相との位相差に対応する位相オフセット信号を算出するステップと、
    前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号と前記変調信号との初期位相差を設定するステップと、
    前記位相オフセット信号に応じて前記深さ位相を補償して深さ情報として出力するステップと、
    を含むイメージセンシング方法。
12. 前記複数の基準位相は、
    ０度の位相、９０度の位相、１８０度の位相、２７０度の位相に設定される請求項１１に記載のイメージセンシング方法。
13. 前記初期位相差を設定するステップは、
    前記位相オフセット信号に応じて前記位相制御信号の初期位相を遅延させる請求項１１に記載のイメージセンシング方法。
14. 前記初期位相差を設定するステップは、
    前記位相オフセット信号に応じて前記変調信号の初期位相を遅延させる請求項１１に記載のイメージセンシング方法。
15. 前記初期位相差を設定するステップは、
    前記位相オフセット信号に応じて前記変調信号及び前記位相制御信号の初期位相を共に遅延させる請求項１１に記載のイメージセンシング方法。
16. 前記深さ位相を補償して深さ情報として出力するステップは、
    前記ピクセル信号をデジタル形態のデータに変換するステップと、
    前記データに所定の演算過程を行って前記深さ位相を算出し、前記位相オフセット信号を前記深さ位相に反映して前記深さ情報を算出するステップと、
    を含む請求項１１に記載のイメージセンシング方法。
17. 前記光発信機は、複数の単位ピクセルがアレイ形態に配置されたピクセルアレイを含み、
    前記各単位ピクセルは、前記位相制御信号の互いに異なる位相で動作する少なくとも２つのピクセルを含む請求項１１に記載のイメージセンシング方法。
18. ソース信号を生成してターゲットに照射するステップと、
    前記ターゲットから反射される前記ソース信号である反射信号を受信するステップと、
    オフセット信号に応じて指定される特定量の分だけ前記ソース信号に対して遅延される位相（ｌａｇｇｉｎｇ ｐｈａｓｅ）を有する制御信号を生成するステップと、
    前記制御信号を介して単位ピクセルを制御し、前記反射信号に基づいてピクセル信号を生成するステップと、
    前記ピクセル信号に応じて深さ位相を算出するステップと、
    前記オフセット信号に応じて前記深さ位相を補償して深さ情報を生成するステップと、
    複数の基準位相のうち、前記深さ情報から最も小さいオフセットを有する基準位相を選択するステップと、
    前記最も小さいオフセットに対応するオフセット信号をアップデートするステップと、
    を含むイメージセンシング装置の駆動方法。

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