KR102463804B1 - Tof 기반의 거리 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

TOF 기반의 거리 측정 장치가 개시된다. TOF 기반의 거리 측정 장치는, 제어부로부터 조사 지시 신호를 입력받아 구동되어 조사 개시 신호를 생성하는 발광 모듈과, 상기 발광 모듈로부터 상기 조사 개시 신호를 입력받아 점등되어 피검출물을 향해 적외광을 조사하는 발광 소자를 포함하는 광원부; 상기 피검출물에서 반사된 반사광을 수광하고, 연속하도록 설정된 동작 주기에 따라 구동되는 트랜지스터 Tx1과 Tx2에 의해 각각 대응되는 FD1과 FD2에 반사광에 상응하는 전하가 분배되어 축적되는 수광부; 및 상기 FD1과 상기 FD2에 각각 축적된 전하량에 기반하여 상기 피검출물과의 거리를 산출하는 연산부를 포함한다.

Description

TOF 기반의 거리 측정 장치{Apparatus for mesuring distance based on time of flight}
본 발명은 TOF 기반의 거리 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 과학기술정보통신부가 지원한 '5G 기반 VR·AR 디바이스핵심기술개발 사업'으로 지원을 받아 수행된 연구 결과물이다.
광 비행 시간의 지연에 의존한 검출 신호에 의해, 광원으로부터 피검출물까지의 거리를 파악할 수 있는 3차원 거리 측정 시스템이 주목받고 있다. 3차원 거리 측정 시스템은 버추얼 키보드, 제스처 인식 기능 등을 갖는 정보 입력 디바이스, 각종 로봇의 시각 센서, 시큐리티 시스템, 스마트 에어백용 센서, 차량 탑재용 센서 등과 같은 다양한 용도에서 활용될 것으로 기대되고 있다.
거리를 측정하는 방법의 하나로서 TOF(Time of Flight) 방식이 알려져 있다. TOF 방식을 사용한 거리 측정 시스템은 광원으로부터 피검출물에 대하여 광을 조사하고, 피검출물에 의해 반사된 광이 센서에 도달할 때, 조사광과 반사광 사이에 발생하는 광비행 시간의 지연을 검출하여, 광원과 피검출물 사이의 거리를 계산할 수 있다.
도 1에는 일반적인 TOF 기반의 거리 측정 장치가 도시되어 있다.
도 1의 (a)에 예시된 바와 같이, TOF 기반의 거리 측정 장치(100)는 광원부(111), 수광부(113), 연산부(115) 및 제어부(117)를 포함할 수 있다.
광원부(111)는 제어부(117)의 제어에 의해, 피검출물(130)을 향해 적외광을 조사한다. 광원부(111)는 하나 이상의 발광 소자(예를 들어, LED)를 포함할 수 있다. 광원부(111)는 예를 들어 870나노미터 파장의 적외광을 40 나노초의 출력 시간동안 3와트의 출력으로 조사하도록 제어부(117)에 의해 제어될 수 있다.
수광부(113)는 제어부(117)의 제어에 의해, 광원부(111)에서 조사되어 피검출물(130)에 의해 반사된 반사광(즉, 반사된 적외광)을 수광하고, 광전 변환하여 전하를 축적한다.
수광부(113)는 도 1의 (b)에 예시된 픽셀 구조를 포함할 수 있으며, 반사광이 수광부(113)에 도달되어 포토다이오드(PD)에 전하가 축적되면, 트랜지스터 Tx1과 Tx2가 연속하여 설정된 각각의 동작 주기에 따라 구동된다(Integration 과정).
도 1의 (b)와 (c)에 예시된 바와 같이, Tx1이 하이(high) 동작하는 구간에 도달된 반사광에 따른 전하는 FD1에 축적되고, Tx2가 하이 동작하는 구간에 도달된 반사광에 따른 전하는 FD2에 축적된다. 즉, 반사광에 따른 전하는 FD1과 FD2에 각각 분배된다.
연산부(115)는 제어부(117)의 제어에 의해, FD1과 FD2에 각각 축적된 전하량에 근거하여 피검출물(130)까지의 거리를 산출한다.
이때, 연산부(115)는 FD1과 FD2에 분배되는 전하량의 비율을 이용하여 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, FD1에 축적된 전하량 A와 FD2에 축적된 전하량 B가 모두 합하여 10비트 ADC로 구현된다면, 거리 정보(Distance)는 “(B / (A+B)) x 1024”로 산출될 수 있다.
연산부(115)나 제어부(117)는 광원부(111) 또는 수광부(113)와 일체로 구성될 수도 있다.
광원부(111)에서 조사된 조사광이 피검출물(130)에 반사되어 수광부(113)에 수광되기까지의 거리가 Td라는 시간에 대응된다면, Td라는 시간은 광속과 조사광 주기의 관계에서 계산될 수 있다.
따라서, 시간 Td와 거리가 정확히 산출되기 위해서는, 조사광의 실제적인 조사 개시 시점과 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 정확하게 동기화되어야 한다(도 1의 (c) 참조).
그러나, 일반적으로 TOF 기반의 거리 측정 장치에서 조사광의 실제적인 조사 개시 시점과 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 정확하게 동기화되지 못하여, 피검출물(130)까지의 거리가 정확하게 산출되지 못하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2018-0088572호(2018.08.06 공개) 일본등록특허 제6678226호(2019.04.18 공개)
본 발명은 조사광의 실제적인 조사 개시 시점과 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 정확하게 동기되도록 하여, 피검출물까지의 거리가 정확하게 산출되도록 하는 TOF 기반의 거리 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제어부로부터 조사 지시 신호(LED_CON)를 입력받아 구동되어 조사 개시 신호(LED_RF)를 생성하는 발광 모듈과, 상기 발광 모듈로부터 상기 조사 개시 신호를 입력받아 점등되어 피검출물을 향해 적외광을 조사하는 발광 소자를 포함하는 광원부; 상기 제어부로부터 상기 조사 지시 신호를 입력받아, 상기 발광 모듈이 상기 조사 지시 신호에 상응하는 상기 조사 개시 신호를 생성할 때까지 소요되는 시간이 지연된 후, 상기 조사 지시 신호 또는 상기 조사 개시 신호를 출력하도록 상기 발광 모듈이 모사(replica)된 레플리카부; 상기 피검출물에서 반사된 반사광을 수광하고, 연속하도록 설정된 동작 주기에 따라 구동되는 트랜지스터 Tx1과 Tx2에 의해 각각 대응되는 FD1과 FD2에 반사광에 상응하는 전하가 분배되어 축적되는 수광부; 및 상기 FD1과 상기 FD2에 각각 축적된 전하량에 기반하여 상기 피검출물과의 거리를 산출하는 연산부를 포함하되, 상기 발광 소자의 점등 시점과 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 일치되도록 하기 위해, 상기 수광부는 상기 레플리카부로부터 상기 조사 지시 신호 또는 상기 조사 개시 신호를 입력받아 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 TOF 기반의 거리 측정 장치가 제공된다.
상기 레플리카부는 상기 광원부에 포함된 상기 발광 모듈을 구성하는 부품들을 동일하게 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 레플리카부는 상기 수광부와 일체로 구성되되, 상기 레플리카부는 상기 수광부에 포함된 이미지 센서를 제조하는 반도체 제조 공정에서의 추가 공정을 통해, 상기 발광 모듈이 모사되고 상기 이미지 센서의 일 영역에 포함되는 발광 블록으로 제작될 수도 있다.
상기 발광 모듈의 지연 시간이 상기 발광 블록의 지연 시간에 비해 상대적으로 큰 경우, 상기 수광부는 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 추가적으로 지연시키기 위한 딜레이 블록 및 가변 딜레이 회로 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제어부로부터 조사 지시 신호(LED_CON)를 입력받아 구동되어 조사 개시 신호(LED_RF)를 생성하는 발광 모듈과, 상기 발광 모듈로부터 상기 조사 개시 신호를 입력받아 점등되어 피검출물을 향해 적외광을 조사하는 발광 소자를 포함하는 광원부; 상기 피검출물에서 반사된 반사광을 수광하고, 연속하도록 설정된 동작 주기에 따라 구동되는 트랜지스터 Tx1과 Tx2에 의해 각각 대응되는 FD1과 FD2에 반사광에 상응하는 전하가 분배되어 축적되는 수광부; 및 상기 FD1과 상기 FD2에 각각 축적된 전하량에 기반하여 상기 피검출물과의 거리를 산출하는 연산부를 포함하되, 상기 발광 소자의 점등 시점과 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 일치되도록 하기 위해, 상기 수광부는 상기 광원부로부터 상기 조사 개시 신호를 입력받아 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 TOF 기반의 거리 측정 장치가 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조사광의 실제적인 조사 개시 시점과 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 정확하게 동기화할 수 있어, 피검출물까지의 거리가 정확하게 산출되도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 TOF 기반의 거리 측정 장치에서 거리 측정 오차가 발생하는 원인을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 일반적인 TOF 기반의 거리 측정 장치에서 거리 측정 오차가 발생하는 원인을 설명하기 위한 도면이다.
TOF 기반의 거리 측정 장치(100)에 구비되는 광원부(111)의 구성이 예시된 도 2의 (a)를 참조하면, 광원부(111)는 발광 모듈(210)과, 발광 소자(220)를 포함하고, 발광 모듈(210)은 버퍼(211)와 구동 회로(213)를 포함할 수 있다.
여기서, 발광 소자(220)는 예를 들어 하나 이상의 LED일 수 있고, 발광 모듈(210)에서 버퍼(211)는 생략될 수도 있다.
제어부(117)가 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1의 턴온 지시와 연동하여, 적외광을 조사하도록 지시하는 조사 지시 신호(LED_CON)를 광원부(111)로 입력하면, 광원부(111)의 발광 모듈(210)은 조사 지시 신호(LED_CON)를 처리한 후, 발광 소자(220)가 실제적으로 발광되어 조사를 개시하도록 발광 소자(220)로 조사 개시 신호(LED_RF)를 출력한다.
조사 지시 신호(LED_CON)는 발광 모듈(210)의 버퍼(211)로 입력되고, 발광 모듈(210)의 구동 회로(213)가 동작되도록 한 후, 최종적으로 조사 개시 신호(LED_RF)가 발광 소자(220)에 입력되어 발광 소자(220)는 점등된다.
즉, 제어부(117)의 제어에 의해, 광원부(111)에 조사 지시 신호(LED_CON)가 입력된 시점에 동기화되어 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1은 동작을 개시하였음에도, 광원부(111)는 발광 모듈(210)에서 조사 지시 신호(LED_CON)를 처리하여 최종적으로 발광 소자(220)에 조사 개시 신호(LED_RF)를 입력되어 점등될 때까지의 시간만큼 지연(Δt)이 발생된다(도 2의 (b) 참조).
그러나, 발광 모듈(210)의 처리에 따른 시간 지연에 의해 발생되는, 발광 소자(220)의 실제적인 조사 개시 시점과, 수광부(113) 내의 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점 사이의 불일치는 피검출물(130)까지의 거리가 정확하게 산출하지 못하도록 하는 원인이 되고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, TOF 기반의 거리 측정 장치(100)는 광원부(111), 수광부(113), 연산부(115) 및 제어부(117)를 포함할 수 있다.
광원부(111)는 제어부(117)의 제어에 의해, 피검출물(130)로 적외광을 조사한다. 광원부(111)는 하나 이상의 발광 소자(예를 들어, LED)를 포함할 수 있다.
수광부(113)는 제어부(117)의 제어에 의해, 광원부(111)에서 조사되어 피검출물(130)에 의해 반사된 반사광(즉, 반사된 적외광)을 수광하고, 광전 변환하여 전하를 축적한다. 수광부(113)는 예를 들어 씨모스 이미지 센서를 포함할 수 있다.
앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 수광부(113)는 도 1의 (b)에 예시된 픽셀 구조를 포함할 수 있다. 수광부(113)는 반사광이 도달되어 포토다이오드(PD)에 전하가 축적되면, 트랜지스터 Tx1과 Tx2가 연속하도록 설정된 각각의 동작 주기에 따라 구동되고, 각각의 하이 동작 구간에서 대응되는 FD1 또는 FD2에 전하가 축적되도록 한다.
연산부(115)는 제어부(117)의 제어에 의해, FD1과 FD2에 축적된 전하량의 분배 비율에 근거하여 피검출물(130)까지의 거리를 산출할 수 있다.
전술한 광원부(111)와 수광부(113)의 동작을 제어하기 위해, 제어부(117)는 광원부(111)에 적외광을 조사하도록 지시하는 조사 지시 신호(LED_CON)를 입력하는 한편, 수광부(113)로 트랜지스터 Tx1과 Tx2가 포토 다이오드에 축적된 전하를 각각의 동작 주기에 따라 대응되는 FD1 또는 FD2로 축적시키기 위한 구동 개시 신호를 입력할 수 있다.
이때, 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 광원부(111)의 발광 소자(220)의 발광 시점(즉, 실제적인 조사 개시 시점)과 일치되도록 하기 위해, 광원부(111)의 조사 개시 신호(LED_RF)가 분기되어 발광 소자(220)뿐 아니라 수광부(113)로도 입력되도록 광원부(111)와 수광부(113)가 서로 연결될 수 있다.
또한, 수광부(113)는 광원부(111)로부터 조사 개시 신호(LED_RF)가 입력된 시점에 트랜지스터 Tx1를 턴온 시키도록 미리 설정될 수 있다.
예를 들어, 수광부(113)가 픽셀 어레이 영역, 타이밍 발생기(timing generator), 행 디코더(row decoder), 행 드라이버(row driver), 열 디코더(column decoder) 등을 포함한다고 할 때, 광원부(111)로부터 조사 개시 신호(LED_RF)가 입력되었을 때 타이밍 발생기가 각 픽셀의 트랜지스터 Tx1을 턴온 시키기 위해 행 디코더 및 열 디코더에 타이밍 신호 및 제어 신호를 제공하도록 설정될 수 있다.
물론, 조사 개시 신호(LED_RF)가 입력되었을 때, 각 픽셀의 트랜지스터 Tx1을 턴온시키기 위한 수광부(113)의 구성은 이외에도 다양할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 발생기가 제어부(117)의 일 구성으로 포함되거나, 제어부(117)가 수광부(113)와 일체화될 수도 있다.
앞서 도 1을 참조하여 설명한 일반적인 거리 측정 장치와 비교할 때, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는 광원부(111)의 조사 개시 신호(LED_RF)가 입력됨을 기준으로 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1을 턴온시킴으로써, 광원부(111)와 수광부(113)의 동작을 동기화시킨다는 차별적 특징을 가진다.
즉, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는 광원부(111)의 조사 개시 신호(LED_RF)가 수광부(113)로 입력되어 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 동기화되도록 설정된다.
이때, 조사 개시 신호(LED_RF)의 입력에 따라 트랜지스터 Tx1가 턴온되기 위한 지연 시간과 발광 소자(220)가 실제 점등될 때까지의 지연 시간이 동일 또는 극히 유사하게 되어, 광원부(111)와 수광부(113)가 동기화되어 동작되는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, TOF 기반의 거리 측정 장치(100)는 광원부(111), 수광부(113), 연산부(115), 제어부(117) 및 레플리카부(410)를 포함할 수 있다.
광원부(111)는 피검출물(130)로 적외광을 조사하고, 수광부(113)는 광원부(111)에서 조사되어 피검출물(130)에 의해 반사된 반사광을 수광하고 광전 변환하여 전하를 축적한다.
연산부(115)는 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1과 Tx2의 동작에 의해 FD1과 FD2에 각각 축적된 전하량의 분배 비율에 근거하여 피검출물(130)까지의 거리를 산출한다.
제어부(117)는 광원부(111), 수광부, 연산부(115)의 동작을 제어한다.
레플리카부(410)는 광원부(111)의 발광 모듈(210)에 조사 지시 신호(LED_CON)가 입력된 후 발광 모듈(210)이 발광 소자(220)로 조사 개시 신호(LED_RF)를 출력하기까지의 소요 시간, 즉 조사 지시 신호(LED_CON)가 입력된 후 조사 개시 신호(LED_RF)가 출력되기까지 발광 모듈(210)에서 지연되는 시간만큼 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 지연시키기 위한 구성 요소이다.
즉, 레플리카부(410)는 제어부(117)로부터 광원부(111)와 동시에 조사 지시 신호(LED_CON)를 입력받고, 광원부(111)의 발광 모듈(210)의 처리에 따른 소요 시간 후에 조사 지시 신호(LED_CON) 또는 조사 지시 신호(LED_CON)에 상응하는 조사 개시 신호(LED_RF)를 수광부(113)로 입력하도록 구성될 수 있다. 이때, 수광부(113)는 레플리카부(410)에서 입력되는 조사 지시 신호(LED_CON) 또는 조사 개시 신호(LED_RF)에 상응하여 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 결정하게 될 것이다.
이를 위해, 레플리카부(410)는 예를 들어, 거리 측정 장치(100)에 구비된 광원부(111)와 동일한 발광 모듈(210)을 구비하는 모사된 광원부(LED_Replica)로 구현될 수 있다(도 3의 (b)와 도 4의 (b) 참조). 예를 들어, 광원부(111)와 동일한 제품인 광원부가 모사된 광원부로 거리 측정 장치(100)에 포함될 수 있다.
이 경우, 거리 측정 장치(100)에 구비된 광원부(111)와 동일한 제품으로 선택된 레플리카부(410)에서, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 레플리카부(410) 내의 모사된 발광 모듈(420)이 출력하는 조사 개시 신호(LED_RF)가 수광부(113)로 입력되도록 구성될 수 있다. 다른 경우로서, 레플리카부(410)는 거리 측정 장치(100)에 구비된 광원부(111)의 구성 중 발광 소자는 제외하고 모사된 발광 모듈(420)만을 포함하도록 구현될 수도 있음은 당연하다.
이와 같이, 레플리카부(410)가 거리 측정 장치(100)에 구비된 광원부(111)와 동일한 제품으로 구현하거나, 해당 광원부(111)와 동일한 발광 모듈(210)만이 분리되어 구현하는 경우, 레플리카부(410)는 광원부(111)와 동일한 특성으로 구동될 수 있기 때문에, 구동 전압의 변동이나 온도의 변동에 관계없이 가장 유사한 모사 처리를 통해 정확한 거리 측정이 가능해지는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, TOF 기반의 거리 측정 장치(100)는 광원부(111), 수광부(113), 연산부(115) 및 제어부(117)를 포함할 수 있고, 레플리카부(410)가 수광부(113)의 일 구성요소로 포함되어 구현될 수 있다. 즉, 도 4와 비교할 때, 레플리카부(410)가 독립적으로 구비되는지 아니면 수광부(113)와 일체화되는지의 차이가 있다.
레플리카부(410)는 도 3의 (b)에 예시된 발광 모듈(210)을 모사한 발광 블록(510)(도 5의 (b) 참조)을 포함하도록 구현될 수 있다.
발광 블록(510)은 광원부(111)의 버퍼(211)와 구동 회로(213)의 처리에 의한 신호 지연 시간과 동일하거나 유사한 지연 시간을 나타내도록 모사된 버퍼와 모사된 구동 회로를 포함하도록 생성될 수 있다. 만일 거리 측정 장치(100)에 구비된 광원부(111)에 버퍼(211)가 포함되지 않은 경우라면, 발광 블록(510) 내의 모사된 버퍼는 생략될 수도 있다.
모사된 버퍼와 모사된 구동 회로 각각은 도 5의 (b)에 예시된 바와 같이, 조사 지시 신호(LED_CON)가 하이(High)로 천이되면 NMOS 트랜지스터가 턴온되어 전류가 흐르게 되고, 로우(Low)로 천이되면 PMOS 트랜지스터가 턴온되어 전류의 흐름이 차단되도록 하는 등으로 동작되는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 조합 형태로 구현될 수 있다.
PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 조합된 형태로 구현되는 모사된 버퍼와 모사된 구동 회로는 예를 들어 수광부(113)(예를 들어, 이미지 센서)를 제조하는 반도체 제조 공정 상에서 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 조합 구조를 더 형성하는 추가 공정에 의해 생성될 수 있다.
만일 광원부(111) 내의 발광 모듈(210)에서 지연된 지연 시간에 비해 모사된 발광 블록(510)에 의한 지연 시간이 작은 경우에는, 광원부(111)에서 더 소요되는 지연 시간만큼 수광부(113)에서 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 추가적으로 지연시키기 위한 딜레이 블록이 더 포함될 수 있다.
딜레이 블록은 전술한 바와 같이, 수광부(113)(예를 들어, 이미지 센서)를 제조하는 반도체 제조 공정 상에서 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 조합 구조 및 딜레이 블록을 형성하는 추가 공정에 의해 생성될 수 있을 것이다. 모사된 버퍼, 모사된 구동 회로 및 딜레이 블록을 반도체 제조 공정에 의해 수광부(113)에 구현하는 실제적인 방법을 당업자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
수광부(113)에 발광 블록(510) 또는 발광 블록(510)과 딜레이 블록이 모사되어 구비되었으나, 광원부(111)에서 발광 소자(220)의 발광 개시 시점이 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점에 비해 상대적으로 늦은 경우, 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 추가적으로 늦추기 위해 수광부(113)에는 가변 딜레이 회로(도 5의 (c) 참조)가 더 구비될 수도 있다.
가변 딜레이 회로는 예를 들어 스위치의 선택을 통해 필요한 수준으로 신호 처리를 딜레이시킬 수 있는 인버터 체인(inverter chain)의 형태로 생성될 수 있다. 이외에도, 가변 딜레이 회로의 구성 형태가 다양할 수 있음은 당연하다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 TOF 기반의 거리 측정 장치는 레플리카부(410)를 적용하여, 광원부(111)의 발광 소자(220)의 발광 개시 시점과 수광부(113)의 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 일치시킴으로써, 전압 변동이나 온도 변화 등의 요인에 관계없이 거리 측정 정확도를 향상시키고, 긴 거리의 측정이 가능해지는 특징이 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 거리 측정 장치 111 : 광원부
113 : 수광부 115 : 연산부
117 : 제어부 130 : 피검출물
210 : 발광 모듈 211 : 버퍼
213 : 구동 회로 220 : 발광 소자
410 : 레플리카부 420 : 모사된 발광 모듈
510 : 발광 블록

Claims (5)

  1. 제어부로부터 조사 지시 신호(LED_CON)를 입력받아 구동되어 조사 개시 신호(LED_RF)를 생성하는 발광 모듈과, 상기 발광 모듈로부터 상기 조사 개시 신호를 입력받아 점등되어 피검출물을 향해 적외광을 조사하는 발광 소자를 포함하는 광원부;
    상기 제어부로부터 상기 조사 지시 신호를 입력받아, 상기 발광 모듈이 상기 조사 지시 신호에 상응하는 상기 조사 개시 신호를 생성할 때까지 소요되는 시간이 지연된 후, 상기 조사 지시 신호 또는 상기 조사 개시 신호를 출력하도록 상기 발광 모듈이 모사(replica)된 레플리카부;
    상기 피검출물에서 반사된 반사광을 수광하고, 연속하도록 설정된 동작 주기에 따라 구동되는 트랜지스터 Tx1과 Tx2에 의해 각각 대응되는 FD1과 FD2에 반사광에 상응하는 전하가 분배되어 축적되는 수광부; 및
    상기 FD1과 상기 FD2에 각각 축적된 전하량에 기반하여 상기 피검출물과의 거리를 산출하는 연산부를 포함하되,
    상기 발광 소자의 점등 시점과 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점이 일치되도록 하기 위해, 상기 수광부는 상기 레플리카부로부터 상기 조사 지시 신호 또는 상기 조사 개시 신호를 입력받아 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 결정하고,
    상기 레플리카부는 상기 광원부에 포함된 상기 발광 모듈을 구성하는 부품들을 동일하게 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 TOF 기반의 거리 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레플리카부는 상기 수광부와 일체로 구성되되,
    상기 레플리카부는 상기 수광부에 포함된 이미지 센서를 제조하는 반도체 제조 공정에서의 추가 공정을 통해, 상기 발광 모듈이 모사되고 상기 이미지 센서의 일 영역에 포함되는 발광 블록으로 제작되는 것을 특징으로 하는 TOF 기반의 거리 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광 모듈의 지연 시간이 상기 발광 블록의 지연 시간에 비해 상대적으로 큰 경우, 상기 수광부는 상기 트랜지스터 Tx1의 턴온 시점을 추가적으로 지연시키기 위한 딜레이 블록 및 가변 딜레이 회로 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TOF 기반의 거리 측정 장치.
  5. 삭제
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