KR102061182B1 - 3차원(3ｄ) 이미지 시스템 및 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 3차원(3D) 이미지 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 구조 광을 방출하도록 구성되어 있는 구조 광 모듈 - 상기 구조 광 모듈은 제1 발광 유닛을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 제1 펄스 신호를 수신하고 상기 제1 펄스 신호에 따라 제1 광을 방출하고, 상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클은 특정 값보다 작고, 상기 제1 발광 유닛의 방출 전력은 특정 전력보다 크며, 상기 제1 광은 제1 파장을 가짐 - ; 및 상기 구조 광에 대응하는 반사광을 수광하도록 구성되어 있는 광 감지 픽셀 어레이를 포함한다.

Description

3차원(3Ｄ) 이미지 시스템 및 전자 장치
본 출원은 3차원(3D) 이미지 시스템 및 전자 장치에 관한 것이며, 특히 주변 광을 견딜 수 있는 3D 이미지 시스템 및 전자 장치에 관한 것이다.
과학과 기술의 급속한 발전으로 피사체의 3차원(3D) 정보를 얻는 것은 인간-컴퓨터 상호작용, 3D 프린팅, 역 공학, 3D 재구성 인공물과 같은 광범위한 응용 분야에 적용되었다. 비접촉식 3D 정보 수집 기술인 3D 구조화된 광 측정 기술은 단순, 고속, 고정밀로 인해 널리 사용되고 있다.
3D 구조화된 광 측정 방법의 기본 개념은 구조화된 광의 투영과 그 기하학적 관계를 사용하여 피사체의 3D 정보를 얻는 것이다. 먼저, 투영 장치는 코딩된 구조 광 패턴을 피사체에 투영하고 카메라는 투영된 이미지를 캡처하는 데 사용된다. 두 번째로, 캡처된 이미지와 구조 광 패턴 간의 매칭이 수행되고, 매칭 포인트가 얻어진다. 마지막으로, 3D 정보는 투영 포인트, 매칭 포인트 및 피사체 간의 삼각 관계에 따라 해결된다.
그렇지만, 종래 기술의 구조 광은 주변 광에 의해 간섭받기 쉽고, 3D 정보의 정확도가 떨어진다. 따라서, 종래 기술을 개선할 필요가 있다.
그러므로 본 발명의 주목적은 종래 기술의 단점을 개선하기 위해, 주변 광을 견딜 수 있는 3D 이미지 시스템 및 전자 장치를 제공하는 것이다.
삭제
전술한 문제를 해결하기 위해, 본 출원의 실시예는 3차원(3D) 이미지 시스템을 제공하며, 상기 시스템은, 구조 광을 방출하도록 구성되어 있는 구조 광 모듈 - 상기 구조 광 모듈은 제1 발광 유닛을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 제1 펄스 신호를 수신하고 상기 제1 펄스 신호에 따라 제1 광을 방출하고, 상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클은 특정 값보다 작고, 상기 제1 발광 유닛의 방출 전력은 특정 전력보다 크며, 상기 제1 광은 제1 파장을 가짐 - ; 및 상기 구조 광에 대응하는 반사광을 수광하도록 구성되어 있는 광 감지 픽셀 어레이를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클은 1/50보다 작다.
예를 들어, 상기 제1 발광 유닛의 방출 전력은 4 와트(watt)보다 크다.
예를 들어, 상기 구조 광 모듈은 회절 유닛을 포함하며, 상기 회절 유닛은 제1 광에 회절 효과를 형성하고 상기 구조 광을 발생한다.
예를 들어, 상기 회절 유닛은 회절 광학 소자이다.
예를 들어, 상기 광 감지 픽셀 어레이는 복수의 광 감지 픽셀 회로를 포함하며, 상기 복수의 광 감지 픽셀 회로 중 하나의 광 감지 픽셀 회로는, 광 감지 소자; 상기 광 감지 소자에 연결되어 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 광전 판독 회로; 및 상기 광 감지 소자에 연결되어 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제2 광전 판독 회로를 포함하며, 상기 광 감지 픽셀 회로에 대응하는 픽셀 값은 제1 출력 신호와 제2 출력 신호의 감산 결과이다.
예를 들어, 상기 제1 광전 판독 회로는, 상기 광 감지 소자에 연결된 제1 투과 게이트; 상기 제1 투과 게이트에 연결된 제1 출력 트랜지스터; 및 상기 제1 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 판독 트랜지스터를 포함하며, 상기 제2 광전 판독 회로는, 상기 광 감지 소자에 연결된 제2 투과 게이트; 상기 제2 투과 게이트에 연결된 제2 출력 트랜지스터; 및 상기 제2 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제2 판독 트랜지스터를 포함한다.
예를 들어, 제1 발광 유닛이 발광할 때 제1 투과 게이트가 전도되고, 제1 발광 유닛이 발광하지 않을 때 제2 투과 게이트가 전도되며, 상기 제1 투과 게이트의 전도 시간 간격은 제1 발광 유닛의 방출 시간 간격보다 길다.
예를 들어, 상기 광 감지 픽셀 회로는 제1 리셋 트랜지스터 및 제2 리셋 트랜지스터를 포함하고, 제1 리셋 트랜지스터는 제1 투과 게이트에 연결되고 제2 리셋 트랜지스터는 제2 투과 게이트에 연결된다.
예를 들어, 상기 구조 광 모듈은 적어도 하나의 제2 발광 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛은 적어도 하나의 제2 펄스 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 제2 펄스 신호에 따라 적어도 하나의 제2 광을 방출하고, 상기 적어도 하나의 제2 펄스 신호의 듀티 사이클은 특정 값보다 작고, 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛의 방출 전력은 특정 전력보다 크며, 상기 적어도 하나의 제2 광은 적어도 적어도 하나의 제2 파장을 각각 가진다.
예를 들어, 상기 광 감지 픽셀 어레이는 복수의 광 감지 픽셀 회로를 포함하며, 상기 복수의 광 감지 픽셀 회로 중 하나의 광 감지 픽셀 회로는, 광 감지 소자; 상기 광 감지 소자에 연결되어 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 광전 판독 회로; 상기 광 감지 소자에 연결되어 적어도 하나의 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로; 및 상기 광 감지 소자에 연결되어 제3 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제3 광전 판독 회로를 포함하며, 상기 광 감지 픽셀 회로에 대응하는 픽셀 값은 제1 출력 신호와 적어도 하나의 제2 출력 신호의 합에서, 제3 출력 신호와 제1 출력 신호 및 적어도 하나의 제2 출력 신호의 수의 곱을 감산한 값이다.
예를 들어, 상기 제1 광전 판독 회로는, 상기 광 감지 소자에 연결된 제1 투과 게이트; 상기 제1 투과 게이트에 연결된 제1 출력 트랜지스터; 및 상기 제1 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 판독 트랜지스터를 포함하며, 상기 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로 중 하나의 제2 광전 판독 회로는, 상기 광 감지 소자에 연결된 제2 투과 게이트; 상기 제2 투과 게이트에 연결된 제2 출력 트랜지스터; 및 상기 제2 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제2 판독 트랜지스터를 포함하며, 상기 제3 광전 판독 회로는, 상기 광 감지 소자에 연결된 제3 투과 게이트; 상기 제3 투과 게이트에 연결된 제3 출력 트랜지스터; 및 상기 제3 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제3 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제3 판독 트랜지스터를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 발광 유닛이 발광할 때 제1 투과 게이트가 전도되고, 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛이 발광할 때 상기 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로의 제2 투과 게이트가 전도되고, 상기 제1 발광 유닛 및 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛이 발광하지 않을 때 제2 투과 게이트가 전도되며, 상기 제1 투과 게이트의 전도 시간 간격은 상기 제1 발광 유닛의 방출 시간 간격보다 길고, 상기 적어도 하나의 제2 투과 게이트의 전도 시간 간격은 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛의 방출 시간 간격보다 길다.
예를 들어, 상기 광 감지 픽셀 회로는 제1 리셋 트랜지스터, 적어도 하나의 제2 리셋 트랜지스터 및 제3 리셋 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 리셋 트랜지스터는 제1 투과 게이트에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 리셋 트랜지스터는 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로의 적어도 하나의 제2 투과 게이트에 연결되며, 상기 제3 리셋 트랜지스터는 제3 투과 게이트에 연결된다.
예를 들어, 제1 투과 게이트가 전도되는 시간 및 제2 투과 게이트가 전도되는 시간은 시간 공백에 의해 분리된다.
예를 들어, 상기 제1 파장과 상기 적어도 하나의 제2 파장은 서로 다르다.
예를 들어, 상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클 및 상기 적어도 하나의 제2 펄스 신호의 듀티 사이클은 시간 변화이다.
본 출원의 구조 광 모듈 내의 발광 유닛은 펄스 변조된 펄스 신호를 수신하고, 방출된 구조 광이 주변 광에 대한 내성을 갖도록 순간적으로 강한 광을 방출하여, 종래 기술의 단점을 개선한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 (3D) 이미지 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광감지 픽셀 회로의 개략도이다.
도 3은 도 2의 광감지 픽셀 회로의 시간선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 이미지 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광감지 픽셀 회로의 개략도이다.
도 6은 도 5의 광감지 픽셀 회로의 시간선도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 구조 광의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구조 광의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구조 광 모듈의 개략도이다.
도 11은 광감지 픽셀 회로의 개략도이다.
도 12는 다른 전자 장치의 펄스 신호 및 투과 게이트 신호의 파형도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 이점을 보다 명확하게 하기 위해, 첨부 도면 및 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기술 된 특정 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 제한하려는 의도는 아니라는 것을 이해해야 한다.
주변 광에 의해 쉽게 간섭될 수 있는 종래 기술의 구조 광의 문제점을 해결하기 위해, 본 출원은 구조 광을 발생하기 위해 펄스 변조 신호를 이용한다. 구체적으로는, 도 1을 참조한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원(3D) 이미지 시스템(10)의 개략도이다. 3D 이미지 시스템(10)은 구조 광 모듈(12_t) 및 카메라 모듈(12_r)을 포함한다. 구조 광 모듈(12_t)은 구조 광(SL)을 발생하고, 구조 광(SL)을 피사체에 투영하도록 구성되어 있으며, 여기서 구조 광(SL)은 도 7에 도시된 바와 같은 스트라이프 패턴을 갖는다. 카메라 모듈(12_r)은 피사체에 투영된 구조 광(SL)의 이미지를 캡처하고, 피사체의 구조 광(SL)의 만곡(curveness)에 따라 (삼각 측정 방식을 사용해서) 피사체의 깊이 정보를 산출하여 피사체와 관련된 3D 이미지를 획득한다.
구체적으로, 구조 광 모듈(12_t)은 펄스 신호 발생기(120), 발광 유닛(122) 및 회절 유닛(124)을 포함한다. 발광 유닛(122)은 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 방출 유닛일 수 있다. 상기 회절 유닛(124)은 회절 광학 소자(DOE)일 수 있다. 펄스 신호 발생기(120)는 펄스 신호 pm1을 발생하도록 구성된다. 발광 유닛(122)은 펄스 신호 발생기(120)에 연결되어 펄스 신호 pm1을 수신하고, 펄스 신호 pm1에 따라 제1 광(L1)을 회절 유닛(124)에 발생/방출한다. 회절 유닛(124)에서 제1 광(L1)에 회절 효과가 형성되어 구조 광(SL)이 발생한다. 또한, 펄스 신호 pm1은 펄스 변조 신호이고, 즉, 펄스 신호 pm1은 듀티 사이클이 작은 구형파(square wave)로 간주될 수 있다. 또한, 발광 유닛(122)이 제1 광(L1)을 방출할 때, 발광 유닛(122)은 큰 방출 전력을 가질 수 있다. 구체적으로, 펄스 신호 pm1의 듀티 사이클은 일반적으로 1/1000일 수 있으며, 여기에 한정되지는 않는다. 펄스 신호 pm1의 듀티 사이클이 1/50보다 작으면, 본 출원의 요건을 만족시킨다. 또한, 발광 유닛(122)의 방출 전력은 일반적으로 4 와트 내지 5 와트이며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 발광 유닛(122)의 방출 전력은 4 와트보다 크기만 하면, 본 출원의 요건이 충족된다. 다시 말해서, 발광 유닛(122)은 카메라 모듈(12_r)에 의해 수신된 구조 광(SL)과 관련된 광 신호 강도를 향상시키도록 (일반적인 카메라의 광 플래시와 유사한) 강한 광을 순간적으로 방출하는 것으로 간주될 수 있으며, 이에 따라 구조 광(SL)과 관련된 광 신호가 주변 광에 대한 내성을 갖도록 하여 종래 기술의 단점을 개선한다.
다른 관점에서, 카메라 모듈(12_r)은 광 감지 픽셀 어레이(14) 및 렌즈(18)를 포함한다. 구조 광(SL)에 대응하는 반사광을 수광하는 광 감지 픽셀 어레이(14)는 복수의 광 감지 픽셀 회로(16)를 포함한다. 상기 광 감지 픽셀 회로(16)의 출력 신호는 카메라 모듈(12_r)에 의해 캡처된 이미지의 픽셀 값에 대응할 수 있다. 광 감지 픽셀 회로(16)의 회로 구조 및 작동 메커니즘은 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 감지 픽셀 회로(16)의 등가 회로도이다. 도 3은 광 감지 픽셀 회로(16)의 시간선도이다. 광 감지 픽셀 회로(16)는 광 감지 소자(PD) 및 광전 판독 회로(16_1, 16_2)를 포함한다. 광전 판독 회로(16_1 및 16_2)는 모두 투과 게이트, 리셋 트랜지스터, 출력 트랜지스터 및 판독 트랜지스터를 포함한다. 투과 게이트는 광 감지 소자(PD)에 연결된다. 리셋 트랜지스터의 게이트는 리셋 신호 Reset을 수신한다. 판독 트랜지스터의 게이트는 행 선택 신호 ROW를 수신한다. 광전 판독 회로(16_1, 16_2)의 투과 게이트는 신호 TX1, TX2를 각각 수신한다. 광전 판독 회로(16_1)의 투과 게이트, 리셋 트랜지스터 및 출력 트랜지스터는 노드(FD_1)에 접속된다. 광전 판독 회로(16_2)의 투과 게이트, 리셋 트랜지스터 및 출력 트랜지스터는 노드(FD_2)에 접속된다. 또한, 광 감지 픽셀 회로(16)는 안티 블루밍 트랜지스터(anti-blooming transistor)를 포함하고, 안티 블루밍 트랜지스터의 게이트는 신호 TX4를 수신한다.
광 감지 픽셀 회로(16)의 작동 메커니즘은 다음과 같이 설명된다. 펄스 신호 pm1이 하이(high)일 때, 발광 유닛(122)은 제1 광(L1)을 방출한다. 발광 유닛(122)이 제1 광(L1)을 방출할 때, 광전 판독 회로(16_1)의 투과 게이트는 전도된다. 실시예에서, 광전 판독 회로(16_1) 내의 투과 게이트의 전도 시간 간격 T1은 펄스 신호 pm1의 시간 간격 T4보다 넓고, 즉 광전 판독 회로(16_1) 내의 투과 게이트의 전도 시간 간격인 펄스 신호 pm1의 시간 간격 T4는 발광 유닛(122)의 방출 시간 간격보다 길다. 광전 판독 회로(16_1)의 투과 게이트가 전도될 때(즉, 신호 TX1이 하이일 때), 즉 전도 시간 간격 T1 내에서 광 감지 소자(PD)는 제1 광(L1)과 주변 광을 수광하고, 광전 판독 회로(16_1)의 투과 게이트는 제1 광(L1)과 주변 광을 수광하기 때문에 광 감지 소자(PD)에 의해 발생한 광전하를 방출하고 노드(FD_1)에 광전하를 저장할 수 있다. 다른 관점에서, 발광 유닛(122)이 발광하지 않을 때(즉, 펄스 신호 pm1이 로우(low)일 때), 광전 판독 회로(16_2)의 투과 게이트는 단시간에 전도될 수 있다(신호 TX2가 하이이다). 이때, 광 감지 소자(PD)는 주변 광만을 수광하고, 광전 판독 회로(16_2)의 투과 게이트는 주변 광을 수신하기 때문에 광 감지 소자(PD)에 의해 발생한 광전하를 배출하고 노드(FD_2)에 광전하를 저장할 수 있다. 광전 판독 회로(16_1, 16_2)의 판독 트랜지스터가 전도되면, 광전 판독 회로(16_1)의 판독 트랜지스터는 (제1 광(L1) 및 주변 광에 관련된) 출력 신호 Pout1을 출력하고, 광전 판독 회로(16_2)의 판독 트랜지스터는 (주변 광에만 관련된) 출력 신호 Pout2를 출력한다. 광 감지 픽셀 회로(16)에 대응하는 픽셀 값은 출력 신호 Pout1 및 출력 신호 Pout2의 감산 결과이다(예를 들어, Pout1-Pout2). 따라서, 광 감지 픽셀 회로(16)의 픽셀 값에서 주변 광의 영향이 제거될 수 있다. 또한, 광전 판독 회로(16_1, 16_2)의 투과 게이트가 전도되지 않으면, 광 감지 픽셀 회로(16)의 안티 블루밍 트랜지스터가 전도된다(신호 TX4가 하이이다). 광 감지 픽셀 회로(16)는 주변 광을 수신함으로써 야기된 광 감지 소자(PD)의 광전하를 배출하여 정상 작동을 유지할 것이다.
발광 유닛(122)이 순간적으로 강한 광을 방출한 후에는, 발광 유닛(122)이 리셋할 시간이 필요하고, 그런 다음 발광 유닛(122)이 다시 발광할 수 있다. 즉, 펄스 신호 pm1의 듀티 사이클이 지나치게 작아서 카메라 모듈(12_r)에 의해 수광되는 구조 광(SL)에 대응하는 광의 세기가 불충분할 수 있다. 따라서, 실시예에서, 구조 광 모듈은 2개의 발광 유닛을 포함할 수 있다. 2개의 발광 유닛은 카메라 모듈(12_r)에 의해 수광되는 구조 광에 대응하는 강도를 향상시키도록 대안적으로 발광할 수 있다. 또한, 2개의 발광 유닛은 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. 서로 다른 파장은 다양한 굴절을 가지기 때문에, 회절 유닛을 통과함으로써 발생한 구조 광은 더 고밀도의 스트라이프 패턴을 가질 수 있으며, 3D 이미지의 해상도가 더욱 향상된다.
구체적으로, 도 4를 참조한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 이미지 시스템(40)의 개략도이다. 3D 이미지 시스템(40)은 3D 이미지 시스템(10)과 유사하므로, 동일한 구성 요소는 동일한 기호로 표시된다. 3D 이미지 시스템(10)과는 달리, 3D 이미지 시스템(40)의 구조 광 모듈(42_t)은 발광 유닛(122) 이외에 다른 발광 유닛(422)을 포함한다. 발광 유닛(422)은 제2 광(L2)을 발생하기 위해 펄스 신호 pm2를 수신한다. 제2 광(L2)과 제1 광(L1)은 서로 다른 파장을 가질 수 있다. 유사하게, 펄스 신호 pm2의 듀티 사이클은 1/1000 (또는 1/50 미만)일 수 있다. 발광 유닛(422)의 방출 전력은 4 와트 내지 5 와트 (또는 4 와트 이상)일 수 있다. 또한, 제1 광(L1)과 제2 광(L2)은 회절 효과가 형성되는 회절 유닛(124)을 통과하여 구조 광(SL')이 발생한다. 제1 광(L1)과 제2 광(L2)이 서로 다른 파장을 갖기 때문에, 구조 광(SL')의 스트라이프 패턴이 더 조밀해진다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스트립 광(sp1)은 제1 광(L1)에 대응하는 구조 광을 나타내고, 스트립 광(sp2)은 제2 광(L2)에 대응하는 구조 광을 나타낸다.
또한, 3D 이미지 시스템(40)의 카메라 모듈(42_r)은 광 감지 픽셀 어레이(44)를 포함한다. 광 감지 픽셀 어레이(44)는 복수의 광 감지 픽셀 회로(46)를 포함한다. 광 감지 픽셀 회로(46)의 회로 구조 및 작동 메커니즘은 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 5 및 도 6을 참조한다. 도 5는 본 출원의 실시예에 따른 광 감지 픽셀 회로(46)의 개략적인 등가 회로도이다. 도 6은 광 감지 픽셀 회로(46)의 시간선도이다. 광 감지 픽셀 회로(46)는 광 감지 픽셀 회로(16)와 유사하므로, 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 표시된다. 광 감지 픽셀 회로(16)와는 달리, 광 감지 픽셀 회로(46)는 광전 판독 회로(46_3)를 더 포함한다. 광전 판독 회로(46_3)의 회로 구조는 광전 판독 회로(16_1, 16_2)의 어느 것과 동일하며, 여기서 광전 판독 회로(46_3)의 투과 게이트가 신호(TX3)를 수신한다. 유사하게, 발광 유닛(422)이 제2 광(L2)을 방출할 때, 광전 판독 회로(46_3)의 투과 게이트가 전도된다. 광 검출 소자(PD)는 제2 광(L2) 및 주변 광을 수광하고, 광전 판독 회로(46_3)의 투과 게이트는 제2 광(L2) 및 주변 광을 수광하기 때문에 수광 소자(PD)에 의해 발생한 광전하를 배출하고 노드(FD_3)에 광전하를 저장할 수 있다. 마찬가지로, 발광 유닛(122 및 422)이 발광하지 않을 때 (즉, 펄스 신호 pm1 및 pm2가 로우일 때), 광전 판독 회로(16_2)의 투과 게이트는 단시간에 전도될 수 있다 (신호 TX2는 하이이다). 이때, 광 감지 소자(PD)는 주변 광만을 수광하고, 광전 판독 회로(16_2)의 투과 게이트는 주변 광을 수신하기 때문에 광 감지 소자(PD)에 의해 발생한 광전하를 배출하고 노드(FD_2)에 광전하를 저장할 수 있다. 광전 판독 회로(16_1, 16_2, 46_3)의 판독 트랜지스터가 전도되면, 광전 판독 회로(16_1)의 판독 트랜지스터는 (제1 광(L1) 및 주변 광에 관련된) 출력 신호 Pout1을 출력하고, 광전 판독 회로(16_2)의 판독 트랜지스터는 (주변 광에만 관련된) 출력 신호 Pout2를 출력하고, 광전 판독 회로(46_3)의 판독 트랜지스터는 (제2 광 L2 및 주변 광에 관련된) 출력 신호 Pout3을 출력한다. 광 감지 픽셀 회로(46)에 대응하는 픽셀 값은 출력 신호 Pout1과 출력 신호 Pout3의 합에서 출력 신호 Pout2의 2배를 감산한 값이고(즉, Pout1 + Pout3 - 2*Pout2), 따라서 주변 광이 제거될 수 있다. 또한, 광전 판독 회로(16_1, 16_2) 내의 투과 게이트의 전도 시간 간격은 펄스 신호 pm1 및 pm2의 펄스 폭보다 넓고, 즉 광전 판독 회로(16_1, 16_2) 내의 투과 게이트의 전도 시간 간격은 발광 유닛(122, 422)의 방출 시간 간격보다 길다. 또한, 광전 판독 회로(16_1) 내의 투과 게이트의 전도 시간 T1 및 광전 판독 회로(46_3) 내의 투과 게이트의 전도 시간 T8은 시간 공백(time blank) T7에 의해 분리된다. 나머지 작동 메커니즘은 위에서 언급한 단락에 언급되어 있으며, 설명의 간략화를 위해 여기서 설명하지는 않는다.
또한, 본 출원의 3D 이미지 시스템은 전자 장치와 함께 배치될 수 있다. 도 9를 참조한다. 도 9는 본 출원의 실시예에 따른 전자 장치(9)의 개략도이다. 전자 장치(9)는 3D 이미지 시스템(90)을 포함하는데, 3D 이미지 시스템(90)은 3D 이미지 시스템(10) 또는 3D 이미지 시스템(40)에 의해 실현될 수 있다.
특히, 위에서 언급된 실시예는 본 발명의 개념을 설명하기 위해 사용된다. 당업자는 이에 따라 수정 및 변형을 가할 수 있으며 여기에 한정되지 않는다. 예를 들어, 펄스 신호 pm1 및 pm2의 듀티 사이클은 무작위로 변경될 수 있다(즉, 펄스 신호 pm1 및 pm2의 듀티 사이클은 시간 변화이다). 예를 들어, 펄스 신호 발생기(120)가 하나의 펄스를 발생한 후, 펄스 신호 발생기(120)는 후속 펄스(N+n) 기간을 발생할 수 있으며, 여기서 N은 큰 정수이고 n은 난수일 수 있다. 따라서, 서로 다른 전자 기기에 대응하는 구조 광이 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 도 12를 참조한다. 도 12는 전자 장치 A, B의 펄스 신호 pmA, pmB 및 신호 TXA, TXB의 파형을 도시한다. 펄스 신호 pmA는 전자 장치 A 내의 발광 유닛에 의해 수신된 펄스 신호이다. 펄스 신호 pmB는 전자 장치 B 내의 발광 유닛에 의해 수신된 펄스 신호이다. 신호 TXA는 전자 장치 A 내의 광 감지 픽셀 회로의 광전 판독 회로 내의 투과 게이트에 의해 수신된 신호이다. 신호 TXB는 전자 장치 B 내의 광 감지 픽셀 회로의 광전 판독 회로 내의 투과 게이트에 의해 수신된 신호이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 펄스 신호의 듀티 사이클이 무작위로 발생하면, 전자 기기 A의 발광 유닛과 전자 기기 B의 어느 것에 대응하는 발광 시간이 인터리브된다. 전자 기기 A의 투과 게이트와 전자 기기 B의 어느 것에 대응하는 전도 시간도 마찬가지로 인터리브된다. 따라서, 전자 장치 A 및 전자 장치 B로부터의 구조 광에 관련된 광 신호는 서로 간섭하지 않을 것이다.
또한, 본 출원의 구조 광 모듈은 복수의 발광 유닛을 포함할 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조한다. 도 10은 본 출원의 실시예에 따른 구조 광 모듈(c2_t)의 개략도이다. 도 11은 구조 광 모듈(c2_t)에 대응하는 광 감지 픽셀 회로(d6)의 개략도이다. 구조용 조명 모듈(c2_t)은 상이한 시간에 광을 방출하는 발광 유닛(122 및 122_1 내지 122_K)을 포함한다. 광 감지 픽셀 회로(d6)는 광전 판독 회로(d6_1-d6_K', d6_B)를 포함한다. 광전 판독 회로(d6_1 내지 d6_K', d6_B)의 회로 구조는 위에서 언급된 광전 판독 회로(16_1, 16_2, 46_3) 중 어느 것과 동일한 것이어도 된다. 광전 판독 회로(d6_1 내지 d6_K')(K'는 K+1이어도 된다) 내의 투과 게이트의 전도 시간 간격은 발광 유닛(122, 122_1 내지 122_K)의 방출 시간 간격에 대응한다. 광전 판독 회로(d6_1 내지 d6_K')는 출력 신호 Pout1 내지 Pout K'를 출력한다. 출력 신호 Pout1 내지 Pout K'는 발광 유닛(122, 122_1 내지 122_K)으로부터 방출된 광 및 주변 광과 관련된다. 광전 판독 회로(d6_B)의 투과 게이트는 모든 발광 유닛(122, 122_1 내지 122_K)이 발광하지 않을 때 전도되며, 이것은 광전 판독 회로(d6_B)가 주변 광에 의해 야기되는 광 전류를 판독만 할 뿐이며, 즉 광전 판독 회로(d6_B)가 출력하는 신호 PoutB는 주변 광에만 관련된다는 것을 의미한다. 이 경우, 광 감지 픽셀 회로(d6)에 대응하는 픽셀 값은 Pout1+...+PoutK'-K'*PoutB 일 수 있다.
요약하면, 본 출원의 구조 광 모듈 내의 발광 유닛은 펄스 변조된 펄스 신호를 수신하고, 방출된 구조 광이 주변 광에 대한 내성을 갖도록 순간적으로 강한 광을 방출하여, 종래 기술의 단점을 개선한다.
전술한 내용은 본 출원의 실시예에 불과하며, 본 출원을 제한하려는 의도는 아니다. 본 출원의 정신 및 원리를 따르는 임의의 변형, 등가의 대체, 개선이 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (19)

  1. 3차원(3D) 이미지 시스템으로서,
    구조 광(structural light)을 방출하도록 구성되어 있는 구조 광 모듈 - 상기 구조 광 모듈은 펄스 신호 발생기 및 제1 발광 유닛을 포함하고, 상기 펄스 신호 발생기는 제1 펄스 신호를 생성하고, 상기 제1 발광 유닛은 상기 제1 펄스 신호를 수신하고 상기 제1 펄스 신호에 따라 제1 광을 방출하고, 상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클은 특정 값보다 작고, 상기 제1 발광 유닛의 방출 전력은 특정 전력보다 크며, 상기 제1 광은 제1 파장을 가짐 - ; 및
    상기 구조 광에 대응하는 반사광을 수광하도록 구성되어 있는 광 감지 픽셀 어레이
    를 포함하는 3D 이미지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클은 1/50보다 작은, 3D 이미지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛의 방출 전력은 4 와트(watt)보다 큰, 3D 이미지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조 광 모듈은 회절 유닛을 포함하며, 상기 회절 유닛은 제1 광에 회절 효과를 형성하고 상기 구조 광을 발생하는, 3D 이미지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 회절 광학 소자(diffraction optical element, DOE)인, 3D 이미지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 감지 픽셀 어레이는 복수의 광 감지 픽셀 회로를 포함하며, 상기 복수의 광 감지 픽셀 회로 중 하나의 광 감지 픽셀 회로는,
    광 감지 소자;
    상기 광 감지 소자에 연결되어 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 광전 판독 회로; 및
    상기 광 감지 소자에 연결되어 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제2 광전 판독 회로
    를 포함하며,
    상기 광 감지 픽셀 회로에 대응하는 픽셀 값은 제1 출력 신호와 제2 출력 신호의 감산 결과인, 3D 이미지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광전 판독 회로는,
    상기 광 감지 소자에 연결된 제1 투과 게이트;
    상기 제1 투과 게이트에 연결된 제1 출력 트랜지스터; 및
    상기 제1 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 판독 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 제2 광전 판독 회로는,
    상기 광 감지 소자에 연결된 제2 투과 게이트;
    상기 제2 투과 게이트에 연결된 제2 출력 트랜지스터; 및
    상기 제2 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제2 판독 트랜지스터
    를 포함하는, 3D 이미지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 발광 유닛이 발광할 때 제1 투과 게이트가 전도되고, 제1 발광 유닛이 발광하지 않을 때 제2 투과 게이트가 전도되며, 상기 제1 투과 게이트의 전도 시간 간격은 제1 발광 유닛의 방출 시간 간격보다 긴, 3D 이미지 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광 감지 픽셀 회로는 제1 리셋 트랜지스터 및 제2 리셋 트랜지스터를 포함하고, 제1 리셋 트랜지스터는 제1 투과 게이트에 연결되고 제2 리셋 트랜지스터는 제2 투과 게이트에 연결되는, 3D 이미지 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구조 광 모듈은 적어도 하나의 제2 발광 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛은 적어도 하나의 제2 펄스 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 제2 펄스 신호에 따라 적어도 하나의 제2 광을 방출하고, 상기 적어도 하나의 제2 펄스 신호의 적어도 하나의 듀티 사이클은 특정 값보다 작고, 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛의 방출 전력은 특정 전력보다 크며, 상기 적어도 하나의 제2 광은 적어도 하나의 제2 파장을 각각 가지는, 3D 이미지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광 감지 픽셀 어레이는 복수의 광 감지 픽셀 회로를 포함하며, 상기 복수의 광 감지 픽셀 회로 중 하나의 광 감지 픽셀 회로는,
    광 감지 소자;
    상기 광 감지 소자에 연결되어 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 광전 판독 회로;
    상기 광 감지 소자에 연결되어 적어도 하나의 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로; 및
    상기 광 감지 소자에 연결되어 제3 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제3 광전 판독 회로
    를 포함하며,
    상기 광 감지 픽셀 회로에 대응하는 픽셀 값은 제1 출력 신호와 적어도 하나의 제2 출력 신호의 합에서, 제3 출력 신호와 제1 출력 신호 및 적어도 하나의 제2 출력 신호의 수의 곱을 감산한 값인, 3D 이미지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 광전 판독 회로는,
    상기 광 감지 소자에 연결된 제1 투과 게이트;
    상기 제1 투과 게이트에 연결된 제1 출력 트랜지스터; 및
    상기 제1 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제1 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제1 판독 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로 중 하나의 제2 광전 판독 회로는,
    상기 광 감지 소자에 연결된 제2 투과 게이트;
    상기 제2 투과 게이트에 연결된 제2 출력 트랜지스터; 및
    상기 제2 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제2 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제2 판독 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 제3 광전 판독 회로는,
    상기 광 감지 소자에 연결된 제3 투과 게이트;
    상기 제3 투과 게이트에 연결된 제3 출력 트랜지스터; 및
    상기 제3 출력 트랜지스터에 연결되어, 상기 제3 출력 신호를 출력하도록 구성되어 있는 제3 판독 트랜지스터
    를 포함하는, 3D 이미지 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛이 발광할 때 제1 투과 게이트가 전도되고, 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛이 발광할 때 상기 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로의 적어도 하나의 제2 투과 게이트가 전도되고, 상기 제1 발광 유닛 및 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛이 발광하지 않을 때 제2 투과 게이트가 전도되며, 상기 제1 투과 게이트의 전도 시간 간격은 상기 제1 발광 유닛의 방출 시간 간격보다 길고, 상기 적어도 하나의 제2 투과 게이트의 전도 시간 간격은 상기 적어도 하나의 제2 발광 유닛의 방출 시간 간격보다 긴, 3D 이미지 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광 감지 픽셀 회로는 제1 리셋 트랜지스터, 적어도 하나의 제2 리셋 트랜지스터 및 제3 리셋 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 리셋 트랜지스터는 제1 투과 게이트에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 리셋 트랜지스터는 적어도 하나의 제2 광전 판독 회로의 적어도 하나의 제2 투과 게이트에 연결되며, 상기 제3 리셋 트랜지스터는 제3 투과 게이트에 연결되는, 3D 이미지 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    제1 투과 게이트가 전도되는 시간 및 제2 투과 게이트가 전도되는 시간은 시간 공백(time blank)에 의해 분리되는, 3D 이미지 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 파장과 상기 적어도 하나의 제2 파장은 서로 다른, 3D 이미지 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클 및 상기 적어도 하나의 제2 펄스 신호의 듀티 사이클은 시간 변화(time variant)인, 3D 이미지 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 펄스 신호의 듀티 사이클은 시간 변화인, 3D 이미지 시스템.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 3D 이미지 시스템을 포함하는 전자 장치.
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