KR102604175B1 - 단파 적외선 검출 정보에 기초하여 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

단파 적외선 검출 정보에 기초하여 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

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Abstract

깊이 센서는 상이한 방향으로 지향되는 포토사이트(PS)를 갖는 초점 평면 어레이으로서, 각각의 PS는 PS의 순간 시야(IFOV)로부터 도달하는 빛을 검출하도록 작동 가능한 초점 평면 어레이; 판독 회로(ROC)의 판독-세트로서, 각각의 ROC는 복수의 스위치에 의해 판독-그룹 PS에 결합되며 판독 그룹이 적어도 하나의 스위치를 통해 각각의 ROC에 연결될 때, 판독-그룹 PS에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능한 판독 회로(ROC)의 판독-세트; 상이한 시간에 판독-세트의 상이한 ROC가 판독-그룹에 결합되고, 상이한 거리로부터의 반사에 노출되도록, 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능한 컨틀롤러; 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 판독 세트로부터 획득하고, 객체에 대한 깊이 정보를 결정하도록 작동 가능한 프로세서를 포함한다.

Description

단파 적외선 검출 정보에 기초하여 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
본 출원은 2020년 12월 26일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/130,646호 및 2021년 5월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/194,977호와 관련이 있고 이들로부터 우선권 이익을 주장하며, 이들 모두는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 개시내용은 광자 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 적외선(IR) 포토닉스에 사용되는 전기광학 및 레이저에 관한 것이다.
광검출기 어레이 또는 "PDA"("광센서 어레이"라고도 지칭됨)와 같은 광검출 장치는 복수의 포토사이트를 포함하며, 각각의 포토사이트는 충돌하는 광을 검출하기 위한 하나 이상의 포토다이오드 및 포토다이오드에 의해 제공되는 전하를 저장하기 위한 커패시턴스를 포함한다. 커패시턴스는 전용 커패시터로서 구현될 수 있고, 및/또는 포토다이오드, 트랜지스터 및/또는 PS의 다른 구성요소의 기생 커패시턴스를 사용하여 구현될 수 있다. 이제부터, 본 명세서에서 단순화를 위해, "광검출 장치"라는 용어는 종종 "PDD"라는 약어로 대체되고, "광검출기 어레이"라는 용어는 종종 "PDA"라는 약어로 대체되고, "광다이오드"라는 용어는 종종 "PD"라는 약어로 대체된다.
"포토사이트"라는 용어는 센서 어레이의 단일 센서 소자(단어 "센서"와 "셀", 또는 "센서"와 "소자"의 합성어로서, "센셀"이라고도 지칭됨)와 관련되고, 이는 또한 "센서 소자", "광센서 소자", "광검출기 소자" 등으로도 불린다. 이하에서, "포토사이트"는 종종 "PS"라는 약어로 대체된다. 각각의 PS는 하나 이상의 PD를 포함할 수 있다(예를 들어, 컬러 필터 어레이가 구현되는 경우, 스펙트럼의 상이한 부분의 광을 검출하는 PD들은 선택적으로, 집합적으로 단일 PS로 지칭될 수 있음). PS는 PD에 더하여, 일부 회로 또는 추가 구성요소를 포함할 수도 있다.
암전류는 널리 알려진 현상으로, PD를 언급할 때, 장치 내에 광자가 유입되지 않는 경우에도 PD를 통해 흐르는 전류와 관련된다. PD 내의 암전류(DC)는 PD의 공핍 영역 내에서 전자와 정공의 무작위 생성으로 인해 발생할 수 있다.
일부 경우에는, 제한된 크기의 커패시터를 구현하면서, 비교적 높은 암전류(DC)를 특징으로 하는 포토다이오드를 갖는 PS를 제공할 필요가 있다. 일부 경우에는, 출력 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 감소시키면서, 비교적 높은 암전류(DC)를 특징으로 하는 PD를 갖는 PS를 제공할 필요가 있다. 높은 DC 축적을 특징으로 하는 PS에서는, 전기광학 시스템에 대한 DC의 유해한 영향을 극복하는 것이 필요하며 이로울 것이다. 이제부터는 단순화를 위해, "전기광학"이라는 용어는 "EO"라는 약어로 대체될 수 있다.
단파 적외선(SWIR) 이미징은 가시광 이미징을 사용하여 수행하기 어려운 다양한 응용 분야를 가능하게 한다. 응용 분야에는 전자 보드 검사, 태양 전지 검사, 생산물 검사, 게이트 이미징, 식별 및 분류, 감시, 위조 방지, 프로세스 품질 관리 등이 포함된다. 기존의 많은 InGaAs-기반 SWIR 이미징 시스템은 제작 비용이 많이 들고, 현재 제조 능력이 제한되어 있다.
따라서, 주변 전자 장치에 더 쉽게 통합되는 PD에 기초한 더 비용 효율적인 광수신기를 사용하여 SWIR 이미징 시스템을 제공할 수 있는 것이 유리할 것이다.
다양한 예에서, 광 검출기 어레이(PDA)에 의한 이미지 생성 방법이 개시되며, 상기 이미지 생성 방법은: 제1 프레임 기간 동안 측정된 상이한 포토사이트(PS)의 검출 값을 다수의 복제된 포토사이트(PS)를 포함하는 PDA 어레이로부터 획득하는 단계, 여기서 상기 검출 값은 제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 시야(FOV)로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값, 제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값, 제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값, 각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값, 및 각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함하고; 상기 제1 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계; 상기 제2 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계; 상기 제3 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및 적어도 상기 제1 PS 출력 값, 상기 제2 PS 출력 값 및 상기 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
다양한 예에서, 이미지를 생성하도록 작동 가능한 전기광학(EO) 시스템이 개시되며, 상기 전기광학(EO) 시스템은: 복수의 포토사이트(PS)를 포함하는 광검출기 어레이(PDA)로서, 각각의 PS는 검출 기간 동안 각각의 PS에 충돌하는 광량 및 상기 검출 기간 동안 상기 PS에 의해 생성되는 암 전류(DC)의 레벨을 나타내는 검출 값을 출력하도록 작동 가능한, 상기 광검출기 어레이(PDA); 적어도 제1 프레임 기간 동안 복수의 PS의 서브그룹을 주변 조명으로부터 차폐하기 위한 실드; 및 프로세서로서, 상기 제1 프레임 기간 동안 측정된 상기 PDA의 상이한 PS의 복수의 검출 값을 획득하고, 여기서 상기 획득된 검출 값은 제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값, 제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값, 제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값, 각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값, 및 각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함하고, 상기 제1 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하고; 상기 제2 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하고; 상기 제3 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하고; 및 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값, 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하도록 작동 가능한 프로세서를 포함한다.
다양한 예에서, 광검출기 검출에 기초한 이미지 생성을 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 개시되며, 이는 프로세서에서 실행될 때, 다음의 단계들: 다수의 복제된 PS를 포함하는 광검출기 어레이(PDA)로부터 제1 프레임 기간 동안 측정된 상이한 포토사이트(PS)의 검출 값을 획득하는 단계, 여기서 상기 검출 값은 제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 시야(FOV)로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값, 제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값, 제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값, 각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값, 및 각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함하고, 상기 제1 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계; 상기 제2 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계; 상기 제3 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및 적어도 상기 제1 PS 출력 값, 상기 제2 PS 출력 값 및 상기 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 단계를 수행하는 저장된 명령어를 포함한다.
다양한 예에서, 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 방법이 개시되며, 상기 방법은: SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계, 여기서 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 상기 SEI 시스템의 시야(FOV) 내의 특정 방향으로부터 상기 SEI 시스템의 적어도 하나의 초점 평면 어레이(FPA)에 의해 캡처된 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되게 하는 게르마늄(Ge) 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내의 복수의 방향의 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 상기 방향을 따라 서로 다른 거리 범위에서 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고; 및 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3-차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 단계를 포함하고, 상기 처리하는 단계는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암 전류(DC) 레벨을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 보상하는 단계는 상기 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 단계를 포함한다.
다양한 예에서, 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템이 개시되며, 상기 시스템은 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계, 여기서 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 상기 SEI 시스템의 시야(FOV) 내의 특정 방향으로부터 상기 SEI 시스템의 적어도 하나의 초점 평면 어레이(FPA)에 의해 캡처된 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되게 하는 게르마늄(Ge) 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내의 복수의 방향의 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 상기 방향을 따라 서로 다른 거리 범위에서 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고; 및 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3-차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 단계를 수행하도록 구성되고, 상기 처리하는 단계는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암 전류(DC) 레벨을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 보상하는 단계는 상기 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 단계를을 포함한다.
다양한 예에서, 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 개시되며, 이는 프로세서에서 실행될 때, 다음의 단계들: SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계, 여기서 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 상기 SEI 시스템의 FOV 내의 특정 방향으로부터 상기 SEI 시스템의 적어도 하나의 FPA에 의해 캡처된 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되게 하는 게르마늄(Ge) 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내의 복수의 방향의 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 상기 방향을 따라 서로 다른 거리 범위에서 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고; 및 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3-차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 단계를 수행하는 저장된 명령어를 포함하고; 상기 처리하는 단계는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암 전류(DC) 레벨을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 보상하는 단계는 상기 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 단계를 포함한다.
다양한 예에서, 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능한 센서가 개시되며, 상기 센서는: 복수의 포토사이트(PS)를 포함하는 초점 평면 어레이(FPA)로서, 각각의 PS는 상기 PS의 순간 시야(IFOV)로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하고, 상이한 PS는 상기 센서의 시야 내에서 상이한 방향으로 지향되는 초점 평면 어레이(FPA); 판독 회로(ROC)의 판독-세트로서, 각각은 복수의 스위치에 의해 상기 FPA의 PS의 판독-그룹에 결합되고, 상기 판독-그룹이 복수의 스위치 중 적어도 하나를 통해 각각의 ROC에 연결될 때, 상기 판독-그룹의 PS에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능한 판독 회로(ROC)의 판독-세트; 컨트롤러로서, 상기 센서로부터 상이한 거리에 위치한 객체로부터의 조명 광의 반사에 상이한 ROC를 노출시키기 위해, 판독-세트의 상이한 ROC가 상이한 시간에 상기 판독-그룹에 결합되도록, 상기 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능한 컨트롤러; 및 프로세서로서, PS의 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 상기 판독-세트로부터 획득하고, 상기 전기 신호에 기초하여 상기 센서로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하도록 작동 가능한 프로세서를 포함한다.
다양한 예에서, 객체의 깊이 정보를 검출하기 위한 방법이 개시되며, 상기 방법은 제1 기간 동안: PS의 판독-그룹으로부터 센서의 제2 ROC 및 제3 ROC의 연결해제를 유지하면서, 초점 평면 어레이(FPA)의 다수의 PS로 구성된 포토사이트(PS)의 판독-그룹을 센서의 제1 판독-회로(ROC)에 연결하고, 제1 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는 객체로부터 반사된 제1 조명 펄스 광량을 나타내는 제1 전기 신호를 제1 ROC로부터 획득하는 단계; 제2 기간 동안: PS의 판독-그룹으로부터 제1 ROC 및 제3 ROC의 연결해제를 유지하면서, PS의 판독-그룹을 제2 ROC에 연결하고, 제2 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는 객체로부터 반사된 제2 조명 펄스 광량을 나타내는 제2 전기 신호를 제2 ROC로부터 획득하는 단계; 제3 기간 동안: PS의 판독-그룹으로부터 제1 ROC 및 제2 ROC의 연결해제를 유지하면서, PS의 판독-그룹을 제3 ROC에 연결하고, 제3 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는 객체로부터 반사된 제3 조명 펄스 광량을 나타내는 제3 전기 신호를 제3 ROC로부터 획득하는 단계; 및 적어도 제1 전기 신호, 제2 전기 신호 및 제3 전기 신호에 기초하여 상기 FPA를 포함하는 센서로부터 객체까지의 거리를 결정하는 단계를 포함한다.
다양한 예에서, 스위칭 가능한 광학 센서가 개시되며, 상기 광학 센서는: 복수의 포토사이트(PS)를 포함하는 초점 평면 어레이(FPA)로서, 각각의 PS는 PS의 순간 시야(IFOV)로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하고, 상이한 PS는 센서의 시야 내에서 상이한 방향으로 지향되는 초점 평면 어레이(FPA); 판독 회로(ROC)의 판독-세트로서, 각각의 ROC는 복수의 스위치에 의해 상기 FPA의 PS의 판독-그룹에 결합되고, PS의 상기 판독-그룹이 복수의 스위치 중 적어도 하나를 통해 각각의 ROC에 연결될 때, 상기 판독-그룹의 PS에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능한 판독 회로(ROC)의 판독-세트; 컨트롤러로서, 센서로부터 상이한 거리에 위치한 객체로부터의 조명 광의 반사에 상이한 ROC를 노출시키기 위해, 판독-세트의 상이한 ROC가 상이한 시간에 판독-그룹에 결합되도록, 상기 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능한 컨트롤러; 및 프로세서로서, PS의 상기 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 상기 판독-세트로부터 획득하고, 상기 전기 신호의 처리에 기초하여 상기 FOV 내의 객체의 2-차원 모델을 생성하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
다양한 예에서, 초점 평면 어레이(FPA)에서 포화된 검출 결과를 보정하는 방법이 개시되며, 상기 방법은: 각각의 조명 펄스의 비행 시간(TOF) 내의 제1 기간 동안 포토사이트(PS)의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는, 상기 FPA의 시야(FOV) 내의 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제1 전기 신호를 제1 판독 회로(ROC)로부터 획득하는 단계, 여기서 상기 제1 기간 동안, 제2 ROC, 제3 ROC 및 제4 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제되고; 각각의 조명 펄스의 TOF 내의 제2 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는, 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제2 전기 신호를 제2 ROC로부터 획득하는 단계, 여기서 상기 제2 기간 동안, 제1 ROC, 제3 ROC 및 제4 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제되고; 각각의 조명 펄스의 TOF 내의 제3 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는, 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제3 전기 신호를 제3 ROC로부터 획득하는 단계, 여기서 상기 제3 기간 동안, 제1 ROC, 제2 ROC 및 제4 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제되고; 각각의 조명 펄스의 TOF 내의 제4 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하는, 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제4 전기 신호를 제4 ROC로부터 획득하는 단계, 여기서 상기 제4 기간 동안, 제1 ROC, 제2 ROC 및 제3 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제되고; 유사성 기준에 기초하여, 거리-연관 검출 레벨의 기존 컬렉션 내에서 매칭 튜플을 찾는 단계; 전기 신호 그룹의 전기 신호가 포화 상태인지를 식별하는 단계; 및 상기 매칭 튜플과 상기 전기 신호 그룹의 적어도 하나의 전기 신호에 기초하여, 상기 포화된 전기 신호에 대응하는 보정 검출 레벨을 결정하는 단계를 포함한다.
다양한 예에서, 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 객체의 재료를 식별하는 방법이 개시되며, 상기 방법은: 상이한 시간에 SEI 시스템의 적어도 하나의 포토사이트(PS)에 의해 캡처된 SEI 시스템의 FOV 내의 순간 시야(IFOV)로부터 수집된 광량을 나타내는 복수의 검출 신호를 획득하는 단계, 여기서 각각의 검출 신호는 IFOV 내의 상이한 거리에서 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고; FOV 내에서 객체까지의 거리를 결정하기 위해 상기 복수의 검출 신호를 처리하는 단계; 제1 SWIR 범위 내의 객체를 향해 SEI에 의해 방출되는 조명의 강도, 제1 SWIR 범위 내의 객체로부터 반사된 조명 광의 검출된 레벨, 및 거리에 기초하여, 제1 SWIR 범위 내에서의 조명에 대한 객체의 제1 반사율을 결정하는 단계; 및 상기 제1 반사율에 기초하여, 객체를 구성하는 적어도 하나의 재료를 나타내는 재료 조성 정보를 결정하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시예의 비-제한적 예는 본 단락 다음에 열거된 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 하나 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 부품은 도시된 모든 도면에서 동일한 숫자로 표시될 수 있다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예를 조명하고 명확히 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 모든 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 장치 또는 흐름도를 도시한다. 도면에서:
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 액티브(active) SWIR 이미징 시스템을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 SWIR 이미징 시스템에서 상이한 시간의 집적(integration) 지속 기간 후에 노이즈 전력의 상대적인 크기를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 일부 실시예의 액티브 SWIR 이미징 시스템의 작동 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 액티브 SWIR 이미징 시스템의 예시적인 작동 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시한다.
도 5는 EO 시스템의 FOV에서 객체의 SWIR 이미지를 생성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 SWIR 광학 시스템의 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 P-QS 레이저의 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 8 및 도 9는 SWIR 광학 시스템을 도시하는 개략적인 기능도이다.
도 10은 SWIR 광학 시스템의 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 각각 P-QS 레이저용 부품을 제조하기 위한 방법의 예를 도시하는 흐름도, 및 상기 방법의 실행을 위한 개념적 타임라인을 도시한다.
도 12a는 전압-제어 전류 소스에 의해 제어되는 PD를 포함하는 PS를 개략적으로 도시한다.
도 12b는 "3T" 구조에서 전압-제어 전류 소스에 의해 제어되는 PD를 포함하는 PS를 개략적으로 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 DC의 영향을 감소시키도록 동작하는 PS 및 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 13c는 DC의 영향을 감소시키도록 동작하는 복수의 PS 및 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 14는 예시적인 PD I-V 곡선 및 PDD에 대한 가능한 작동 전압을 도시한다.
도 15는 복수의 레퍼런스 PS에 연결된 제어-전압 생성 회로를 도시한다.
도 16a 및 도 16b는 복수의 PD에 기초한 PS 및 레퍼런스 회로의 어레이를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 17 및 도 18은 DC의 영향을 감소시키도록 동작하는 PS 및 회로를 포함하는 PDD를 각각 도시한다.
도 19는 광학장치(optics), 프로세서 및 추가 구성요소를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 20은 광검출기에서 DC를 보상하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 21은 광검출기에서 DC를 보상하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 22는 광검출기를 테스트하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 23은 일부 실시예의 EO 시스템을 도시한다.
도 24는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법의 일 예를 도시한다.
도 25 및 도 26은 각각 상이한 프레임 노출 시간(본 명세서에서 "FET"로 지칭됨)에서 PDA 작동을 위한 모델을 생성하기 위한 방법을 도시하는 흐름도, 및 상이한 FET에서 동일한 장면에 대해 취해진 상이한 프레임들에 대한 상기 방법의 실행을 그래픽적으로 표현한 것을 도시한다.
도 27은 상이한 작동 상태에서 PS의 상이한 서브세트에 기초하여 이미지를 생성하기 위한 방법의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 28a 및 도 28b는 EO 시스템 및 예시적인 타겟 객체를 도시한다.
도 29는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
도 30은 PDA의 3개의 다이어그램을 도시한다.
도 31은 PDA에 의한 이미지 생성 방법을 도시한다.
도 32는 PS의 레퍼런스 그룹의 PS에 대한 PDA의 상이한 액티브 PS 사이의 매핑을 도시한다.
도 33은 PDA의 PS들 간의 매칭 모델을 결정하는 방법을 도시한다.
도 34는 4개의 상이한 온도에 걸친 다중(multiple) PS의 예시적인 시뮬레이션된 검출 신호의 그래프를 도시한다.
도 35는 각각의 PS가 6개의 패밀리 중 하나 또는 불량으로 분류되는 PDA를 도시한다.
도 36은 SWIR EO 이미징 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 방법을 도시한다.
도 37은 상이한 거리에 위치한 객체로부터 반사된 검출 신호를 도시한다.
도 38a 내지 도 38c는 센서를 도시한다.
도 39는 검출 타이밍 다이어그램을 도시한다.
도 40a 내지 도 40c는 센서를 도시한다.
도 41a 및 도 41b는 센서를 도시한다.
도 42는 센서의 FOV를 도시한다.
도 43a 및 도 43b는 센서를 도시한다.
도 44는 깊이 검출 스위칭 모드가 이미지 검출 스위칭 모드와 함께(또는 동시에) 구현되는 초점 평면 어레이를 도시한다.
도 45a 및 도 45b는 동일한 판독 회로가 단일 TOF 내에서 상이한 시간에 판독-그룹에 연결되는 스위칭 체제(regime)를 도시한다.
도 45a 및 도 45b는 동일한 판독 회로가 단일 TOF 내에서 상이한 시간에 판독-그룹에 연결되는 스위칭 체제를 도시한다.
도 46은 객체의 깊이 정보를 검출하는 방법을 도시한다.
도 47은 FPA에서 포화된 검출 결과를 보정하기(correcting) 위한 방법을 도시한다.
도 48은 시간적으로 별개의 검출 신호에 기초하여 포화된 검출 결과를 보정하는 방법을 도시한다.
도 49는 SWIR EO 이미징 시스템의 검출에 기초하여 객체의 재료를 식별하는 방법을 도시한다.
설명의 단순화 및 명확화을 위해, 도면에 도시된 구성요소는 반드시 축척에 맞게 그려지지는 않았다. 예를 들어, 일부 구성요소의 치수는 명확성을 위해 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 간주되는 경우, 참조 번호는 대응하거나 유사한 구성요소를 나타내기 위해 도면 간에 반복될 수 있다.
다음의 상세한 설명에서, 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 당업자는 본 개시내용이 이들 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차 및 구성요소는 본 개시내용을 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
제시된 도면 및 설명에서, 동일한 참조 번호는 다른 실시예 또는 구성에서 공통되는 구성요소를 나타낸다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 다음의 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 전반에 걸쳐 "처리하는", "계산하는", "산출하는", "결정하는", "생성하는", "설정하는", "구성하는", "선택하는", "정의하는" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는 데이터를 조작 및/또는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터의 작동 및/또는 프로세스를 포함하며, 상기 데이터는 전자량과 같은 물리량으로 표현되고, 및/또는 상기 데이터는 물리적 객체를 나타내는 것으로 이해된다.
"컴퓨터", "프로세서" 및 "컨트롤러"라는 용어는 비-제한적인 예들, 예를 들어 개인용 컴퓨터, 서버, 컴퓨팅 시스템, 통신 장치, 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적회로(ASIC) 등), 기타 전자 컴퓨팅 장치, 및 또는 이들의 조합을 포함하여, 데이터 처리 기능을 갖는 임의의 종류의 전자 장치를 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.
본 명세서의 교시에 따른 작동은 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 컴퓨터에 의해 수행되거나, 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 범용 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "예를 들어", "~와 같이", "예컨대"라는 문구 및 이들의 변형은 본 명세서에 개시된 주제의 비-제한적 실시예를 설명한다. 명세서에서 "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 이들의 변형에 대한 언급은 실시예(들)와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조 또는 특징이 본 명세서에 개시된 주제의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 이들의 변형 문구의 등장이 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
명료함을 위해, 개별 실시예의 맥락에서 설명된 본 명세서에 개시된 주제의 특정 특징이 또한 단일 실시예에서 조합되어 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 역으로, 간략화를 위해, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 명세서에 개시된 주제의 다양한 특징이 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제의 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 단계는 상이한 순서로 실행될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 단계 그룹이 동시에 실행될 수 있고, 그 반대도 가능하다. 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 시스템 아키텍처의 일반적인 개략도를 도시한다. 도면에서의 각 모듈은 본 명세서에 정의되고 설명된 기능을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 도면에서의 모듈은 하나의 위치에 집중되거나 둘 이상의 위치에 분산될 수 있다.
방법에 대한 명세서의 모든 참조는 그 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 일단 컴퓨터에 의해 실행되면 상기 방법의 실행을 가능하게 하는 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에도 준용하여 적용되어야 한다.
시스템에 대한 본 명세서의 모든 참조는 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 하며, 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용하여 적용되어야 한다.
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 본 명세서의 모든 참조는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 읽는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시내용이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 제공된 재료, 방법 및 예는 예시일 뿐이며, 제한하려는 의도가 아니다.
본 개시내용의 방법 및 시스템의 구현은 특정 선택된 작업 또는 단계를 수동, 자동 또는 이들의 조합으로 수행하거나 완료하는 것을 포함한다. 더욱이, 본 개시내용의 방법 및 시스템의 바람직한 실시예의 실제 기구 및 장치 중에서는, 몇몇 선택된 단계는 하드웨어 또는 임의의 운영 체제 상의 소프트웨어 또는 임의의 펌웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어로서, 본 개시내용의 선택된 단계는 칩 또는 회로로 구현될 수 있다. 소프트웨어로서, 본 개시내용의 선택된 단계는 임의의 적합한 운영 체제를 사용하는 컴퓨터에 의해 실행되는 복수의 소프트웨어 명령어로 구현될 수 있다. 어쨌든, 본 개시내용의 방법 및 시스템의 선택된 단계는 복수의 명령어를 실행하기 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은 데이터 프로세서에 의해 수행되는 것으로 설명될 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 액티브 SWIR 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 각각 도시하는 개략적인 블록도이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "액티브" 이미징 시스템은 시야(FOV)로부터 시스템에 도달하는 광을 검출하고, 이를 복수의 PD를 포함하는 이미징 수신기에 의해 검출하고, 검출 신호를 처리하여 FOV 또는 그 일부의 하나 이상의 이미지를 제공하도록 동작한다. "이미지"라는 용어는 이미징 시스템에서 검출된 장면의 디지털 표현을 말하며, 이는 이미지의 각 픽처 요소(픽셀)에 대한 색상 값을 저장하며, 각각의 픽셀 색상은 시야의 상이한 부분(예를 들어, 수신기 광학장치에 따라 FOV의 0.02°x 0.02°부분)으로부터 이미징 시스템에 도달하는 빛을 나타낸다. 선택적으로, 이미징 시스템은 FOV에서 객체 또는 빛의 다른 표현(예를 들어, 깊이 맵, 3-차원(3D) 모델, 다각형 메쉬)을 생성하도록 추가로 작동할 수 있지만, "이미지"라는 용어는 깊이 데이터가 없는 2-차원(2D) 이미지를 나타낸다.
시스템(100)은 하나 이상의 타겟(104)을 향해 SWIR 대역의 방사(radiation) 펄스를 방출하도록 동작하는 조명원(IS)(102)을 포함하고, 그 결과 타겟으로부터 시스템(100) 방향으로 다시 반사된 반사 방사를 발생시킨다. 도 1a에서, 나가는 조명은 106으로 표시되고, 시스템(100)을 향해 반사되는 조명은 108로 표시된다. 방출된 방사의 일부는 또한 다른 방향으로 반사되거나, 편향되거나, 타겟에 의해 흡수될 수 있다. "타겟"이라는 용어는 고체, 액체, 유연하고 단단한 객체와 같이, 이미징 센서의 FOV에 있는 모든 객체를 나타낸다. 이러한 객체의 일부 비-제한적 예에는 차량, 도로, 사람, 동물, 식물, 건물, 전자 제품, 구름, 미세 샘플, 제조 중 품목 등이 포함된다. 하나 이상의 레이저, 하나 이상의 광 방출 다이오드(LED), 하나 이상의 입사 플래시라이트, 이들의 임의의 조합 등과 같은 임의의 적합한 유형의 조명원(102)이 사용될 수 있다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 조명원(102)은 선택적으로, 하나 이상의 액티브 레이저 또는 하나 이상의 P-QS 레이저를 포함할 수 있다.
시스템(100)은 또한 반사된 SWIR 방사를 검출하도록 동작하는 복수의 게르마늄(Ge) PD를 포함하는 적어도 하나의 이미징 수신기(또는 단순히 "수신기")(110)를 포함한다. 수신기는 검출 가능한 스펙트럼 범위 내에서 충돌하는 SWIR 광의 양을 나타내는 전기 신호를 복수의 Ge PD 각각에 대해 생성한다. 그 양에는 타겟에서 반사된 SWIR 방사 펄스 광량이 포함되며, 추가 SWIR 광(예를 들어, 태양 또는 외부 광원으로부터 도달함)도 포함될 수 있다.
용어 "Ge PD"는 Ge 내에서, Ge 합금(예를 들어, SiGe) 내에서, 또는 Ge(또는 Ge 합금)와 다른 재료(예를 들어, 실리콘, SiGe)의 인터페이스에서, 전자의 광 유도 여기(excitation)(나중에 광전류로서 검출 가능함)가 발생하는 임의의 PD에 관한 것이다. 특히, "Ge PD"라는 용어는 순수한 Ge PD와 Ge-실리콘 PD 모두에 해당된다. Ge와 실리콘을 모두 포함하는 Ge PD를 사용하는 경우, 제라늄의 농도를 다르게 사용할 수 있다. 예를 들어, Ge PD에서 Ge의 상대적 비율(실리콘과 합금되거나 실리콘과 인접하든)은 5% 내지 99%의 범위일 수 있다. 예를 들어, Ge PD에서 Ge의 상대적 비율은 15%와 40% 사이일 수 있다. 알루미늄, 니켈, 실리사이드 또는 기타 적합한 재료와 같이, 실리콘 이외의 재료도 Ge PD의 일부일 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예에서, Ge PD는 순수한 Ge PD(99.0% Ge 이상 포함)일 수 있다.
수신기는 단일 칩 상에 제조된 PDA로 구현될 수 있음에 유의한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 논의된 임의의 PD 어레이가 수신기(110)로 사용될 수 있다. Ge PD는 직사각형 매트릭스(Ge PD의 직선 행 및 직선 열), 벌집형 타일링, 심지어 불규칙한 구성과 같은 임의의 적합한 배치로 배열될 수 있다. 바람직하게는, 수신기 내의 Ge PD의 개수는 고해상도 이미지 생성을 가능하게 한다. 예를 들어, PD의 개수는 1 메가픽셀, 10 메가픽셀 또는 그 이상의 스케일 정도일 수 있다.
일부 실시예에서, 수신기(110)는 다음 사양을 갖는다:
a. HFOV(수평 FOV) [m]: 60
b. WD(작동 거리) [m]: 150
c. 픽셀 크기 [um]: 10
d. 해상도(객체에 대한) [mm]: 58
e. 픽셀 #[H]: 1,050
f. 픽셀 #[V]: 1112
g. 종횡비: 3:1
h. 시야각[rad]: 0.4
i. 타겟의 반사율[%]: 10%
j. 수집율(타겟 반사율을 100%로 가정하고 램버시안(Lambertian) 반사율을 가정하여, 방출된 광자에 대한 수집된 광자의 비율): 3e-9.
위에서 논의한 바와 같이 충돌하는 SWIR 광에 더하여, Ge PD 각각에 의해 생성된 전기 신호는 또한 다음을 나타낸다:
a. 판독 노이즈, 이는 무작위적이며, 그 크기는 집적(integration) 시간에 대해 독립적(또는 실질적으로 독립적)이다. 이러한 노이즈의 예로는 나이퀴스트 존슨(Nyquist Johnson) 노이즈(열 노이즈 또는 kTC 노이즈라고도 함)가 있다. 판독 프로세스는 통계적 구성 요소에 더하여, 신호에 DC 구성 요소를 도입할 수도 있지만, "판독 노이즈"라는 용어는 판독 프로세스에 의해 도입된 신호의 무작위 구성 요소와 관련이 있다.
b. 암 전류(DC) 노이즈, 이는 무작위적이며 집적 시간에 걸쳐 축적된다(즉, 집적 시간에 의존적임). DC는 또한 통계적 구성요소에 더하여, DC 구성요소를 신호에 도입하지만(예를 들어, 도 12a 내지 도 22와 관련하여 논의된 바와 같이, 이는 제거되거나 제거되지 않을 수 있음), "DC 노이즈"이라는 용어는 DC로부터 발생하여 집적 시간 동안 축적된 신호의 무작위 구성요소에 속한다.
일부 Ge PD, 특히 Ge를 다른 재료(예를 들어, 실리콘)와 결합한 일부 PD는 상대적으로 높은 레벨의 DC를 특징으로 한다. 예를 들어, Ge PD의 DC는 50μA/cm2(PD의 표면적과 관련됨)보다 클 수 있고, 더 클 수 있다(예를 들어, 100μA/cm2 초과, 200μA/cm2 초과 또는 500μA/cm2 초과). PD의 표면적에 따라, 이러한 레벨의 DC는 Ge PD당 50 피코암페어(pA) 또는 그 이상(예를 들어, Ge PD당 100pA 이상, Ge PD당 200pA 이상, Ge PD당 500pA 이상, 또는 Ge PD당 2nA 이상)일 수 있다. 약 10mm2, 약 50mm2, 약 100mm2, 약 500mm2와 같이 다양한 크기의 PD가 사용될 수 있음에 유의한다. Ge PD가 상이한 레벨의 0이 아닌 바이어스(예를 들어, 50 피코암페어보다 큰 DC를 복수의 Ge PD 각각에 유도함)에 가해질 때, 상이한 크기의 DC가 Ge PD에 의해 생성될 수 있음에 유의한다.
시스템(100)은 수신기(110)(및 선택적으로, 조명원(IS)(102) 및/또는 다른 구성요소) 및 이미지 프로세서(114)의 동작을 제어하는 컨트롤러(112)를 더 포함한다. 따라서, 컨트롤러(112)는 상대적으로 짧은 집적 시간 동안, 수신기(110)의 활성화를 제어하도록 구성되어, 신호 품질에 대한 DC 노이즈의 축적 효과를 제한한다. 예를 들어, 컨트롤러(112)는 축적된 DC 노이즈가 집적 시간 독립적 판독 노이즈를 초과하지 않는 동안의 집적 시간 동안 수신기(110)의 활성화를 제어하도록 동작할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 도 2는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라, 상이한 집적 시간의 지속 기간 이후 노이즈 파워의 상대적인 크기를 도시하는 예시적인 그래프이다. 주어진 레이저 펄스 에너지에 대해, 신호 대 노이즈비(SNR)는 대부분 DC 노이즈(암 광전류의 노이즈) 및 열 노이즈(kTC 노이즈라고도 함)를 포함하는 노이즈 레벨에 의해 결정된다. 도 2의 예시적인 그래프에 도시된 바와 같이, Ge-기반 수신기(110)의 집적 시간에 의존하여, DC 노이즈 또는 열 노이즈 중 어느 하나가 PD의 전기 신호의 SNR에 영향을 미치는데 우세하다. 컨트롤러(112)는 Ge 광검출기의 활성화 시간을 비교적 짧은 시간(도 2에서 "A"로 표시된 범위 내)으로 제한하기때문에, DC 노이즈로부터 비롯된 전자가 많이 수집되지 않아, SNR이 개선되고, 따라서 열 노이즈에 의해 주로 영향을 받는다. 수신기 집적 시간이 더 길어지면, Ge 광검출기의 DC로부터 비롯되는 노이즈가 수신기 SNR에 영향을 미침에 있어서 열 노이즈보다 우세적이 되어서, 수신기 성능이 저하된다. 도 2의 그래프는 단지 예시이며, 시간 경과에 따른 DC 노이즈의 축적은 일반적으로 시간의 제곱근에 따라 증가함에 유의한다()(대안적으로, y-축을 매칭하는 비-선형 다항식 스케일로 그려진 것으로 간주하라). 또한, 집적 시간이 0일 때, 축들이 서로 교차하지 않는다(이 경우, 축적된 DC 노이즈가 0임).
시스템(100)으로 되돌아가면, 컨트롤러(112)는 더 짧은 집적 시간(예를 들어, 축적된 DC 노이즈가 판독 노이즈의 절반 또는 판독 노이즈의 1/4을 초과하지 않는 동안의 집적 시간) 동안, 수신기(110)의 활성화를 제어할 수 있음에 유의한다. 특별히 원하지 않는 한, 집적 시간을 매우 낮은 레벨으로 제한하면, 검출할 수 있는 광 유도 신호의 양이 제한되고, 열 노이즈와 관련하여 SNR을 저하시킨다. (상대적으로 높은 신호 레벨의 수집을 필요로 하는) 노이즈가 많은 신호를 판독하기에 적합한 판독 회로의 열 노이즈 레벨은 무시할 수 없는 판독 노이즈를 도입하여, SNR을 크게 저하시킬 수 있음에 유의한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(112)에 의해 다소 더 긴 집적 시간이 적용될 수 있다(예를 들어, 축적된 DC 노이즈가 판독 노이즈의 두 배 또는 판독 노이즈의 ×1.5를 초과하지 않는 동안의 집적 시간).
본 명세서에 개시된 예시적인 실시예는 Ge 기반 PD를 포함하는 수신기를 사용하여 높은 SNR 액티브 SWIR 이미징을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. InGaAs 기술에 비해, Ge 수신기 기술의 주요 장점은 CMOS 공정과의 호환성으로서, 수신기를 CMOS 생산 라인의 일부로 제조할 수 있다는 것이다. 예를 들어, Ge PD는 Si 포토닉스와 같이, 실리콘(Si) 기판 상에 Ge 에피층을 성장시킴으로써, CMOS 프로세스에 통합될 수 있다. 따라서, Ge PD는 동등한 InGaAs PD보다 비용 효율적이다.
Ge PD를 이용하기 위해, 본 명세서에 개시된 예시적인 시스템은 일반적으로 ~50μA/cm2 범위에서 Ge 다이오드의 비교적 높은 DC의 한계를 극복하도록 적응된다. DC 문제는 짧은 캡처 시간과 고출력 레이저 펄스가 결합된 액티브 이미징을 사용함으로써 극복된다.
Ge PD의 활용(특히, CMOS 프로세스를 사용하여 제조되는 것에 제한되지 않음)은 InGaAs 기술보다 비냉각(uncooled) SWIR 이미징을 위한 훨씬 저렴한 솔루션이다. 많은 종래 기술의 이미징 시스템과 달리, 액티브 이미징 시스템(100)은 조명 기간이 짧고(예를 들어, 1μS 미만, 예를 들어 1-1000μS) 높은 피크 전력을 갖는 펄스형 조명원을 포함한다. 이는 이러한 펄스 광원의 단점(예를 들어, 조명 비-균일성, 더 높은 레벨의 판독 노이즈를 도입할 수 있는 더 복잡한 판독 회로) 및 더 짧은 집적 시간의 단점(예를 들어, 단일 획득(acquisition) 사이클에서 넓은 범위의 거리를 캡처할 수 없음)에도 불구하고 사용된다. 다음 설명에서는, 이러한 단점을 극복하여 효과적인 이미징 시스템을 제공하기 위한 몇 가지 방법에 대해 설명한다.
이제, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 도 1b 및 도 1c는 일부 실시예의 다른 SWIR 이미징 시스템(100' 및 100"으로 번호 매겨짐)을 개략적으로 도시한다. 시스템(100)과 같이, 시스템(100')은 액티브 조명원(102A) 및 수신기(110)를 포함한다. 일부 실시예에서, 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 컨트롤러(112) 및 이미지 프로세서(114)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 수신기(110)의 출력 처리는 이미지 프로세서(114)에 의해, 그리고 부가적으로 또는 대안적으로 외부 이미지 프로세서(미도시)에 의해 수행될 수 있다. 이미징 시스템(100' 및 100")은 이미징 시스템(100)의 변형일 수 있다. 시스템(100)과 관련하여 논의된 모든 구성 요소 또는 기능은 시스템(100' 및 100") 중 임의의 시스템에서 구현될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
컨트롤러(112)는 컴퓨팅 장치이다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(112)의 기능은 조명원(102) 및 수신기(110) 내에 제공되며, 컨트롤러(112)는 별도의 구성요소로서 요구되지 않는다. 일부 실시예에서, 이미징 시스템(100' 및 100")의 제어는 함께 작용하는 컨트롤러(112), 조명원(102) 및 수신기(110)에 의해 수행된다. 추가로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 이미징 시스템(100' 및 100")의 제어는 차량 전자 제어 유닛(ECU)(120)(이미징 시스템이 설치된 차량에 속할 수 있음)과 같은 외부 컨트롤러에 의해 수행(또는 추가로 수행)될 수 있다.
조명원(102)은 전자기 스펙트럼의 적외선(IR) 영역에서 광 펄스(106)를 방출하도록 구성된다. 특히, 광 펄스(106)는 대략 1.3μm 내지 3.0μm 범위의 파장을 포함하는 SWIR 스펙트럼 대역에 있다.
도 1b에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 조명원(여기서 102a로 표시됨)은 게인 매질(gain medium, 122), 펌프(124), 미러(미도시) 및 액티브 QS 요소(126A)를 포함하는 액티브 Q-스위치 레이저(또는 "액티브 Q-스위치" 레이저)이다. 일부 실시예에서, QS 요소(126A)는 변조기이다. 펌프(124)에 의한 게인 매질(122)의 전자적 또는 광학적 펌핑에 이어, QS 요소(126A)의 액티브 트리거에 의해 광 펄스가 방출된다.
도 1c에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 조명원(102P)은 게인 매질(122), 펌프(124), 미러(미도시) 및 SA(126P)를 포함하는 P-QS 레이저이다. SA(126P)는 SA(126P)에서 포화 레벨에 도달할 때까지, 레이저 캐비티가 (펌프(124)에 의한 게인 매질(122)의 펌핑으로부터) 광 에너지를 저장할 수 있게 하고, 그 후에 "패시브(passive, 수동) QS" 광 펄스가 방출된다. 패시브 QS 펄스의 방출을 검출하기 위해, QS 펄스 광검출기(128)가 조명원(102P)에 결합된다. 일부 실시예에서, QS 펄스 광검출기(128)는 Ge PD이다. QS 펄스 광검출기(128)로부터의 신호는 수신기(110)가 이미지화될 타겟(104) 거리에 적합한 기간 후에 활성화되도록, 수신기(110)에서 수신 프로세스를 트리거하는 데 사용된다. 상기 기간은 도 3b, 도 3c, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 유도된다.
일부 실시예에서, 조명원(102)으로부터의 레이저 펄스 지속기간(duration)은 100 ps 내지 1 마이크로초의 범위이다. 일부 실시예에서, 레이저 펄스 에너지는 10 마이크로줄 내지 100 밀리줄의 범위이다. 일부 실시예에서, 레이저 펄스 주기는 대략 100 마이크로초이다. 일부 실시예에서, 레이저 펄스 주기는 1 마이크로초 내지 100 밀리초의 범위이다.
게인 매질(122)은 결정 형태 또는 대안적으로 세라믹 형태로 제공된다. 게인 매질(122)에 사용될 수 있는 재료의 비-제한적 예는 Nd:YAG, Nd:YVO4, Nd:YLF, Nd:유리, Nd:GdVO4, Nd:GGG, Nd:KGW, Nd:KYW, Nd:YALO, Nd:YAP, Nd:LSB, Nd:S-FAP, Nd:Cr:GSGG, Nd:Cr:YSGG, Nd:YSAG, Nd:Y2O3, Nd:Sc2O3, Er:유리, Er:YAG 등을 포함한다. 일부 실시예에서, 게인 매질의 도핑 레벨은 특정 게인에 대한 필요성에 기초하여 변할 수 있다. SA(126P)의 비-제한적 예는 Co2+:MgAl2O4, Co2+:스피넬, Co2+:ZnSe 및 기타 코발트-도핑된 결정, V3+:YAG, 도핑된 유리, 양자점, 반도체 SA 미러(SESAM), Cr4+YAG SA 등을 포함한다. P-QS 레이저(102P)가 구현될 수 있는 추가 방식은 도 6 내지 도 11과 관련하여 아래에서 논의되고, 레이저(600)에 대해 논의된 임의의 변형은 필요한 부분만 약간 수정하여 조명원(102P)에 대해서도 구현될 수 있다.
조명원(102)을 참조하면, 특히 태양 흡수 기반의 눈에 안전한 SWIR 방사가 요구되는 경우, 충분한 파워와 충분히 짧은 펄스를 갖는 펄스 레이저는 비-펄스 조명보다 달성하기 더 어렵고 더 비싸다는 점에 유의한다.
수신기(110)는 하나 이상의 Ge PD(118) 및 수신기 광학장치(116)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수신기(110)는 Ge PD(118)의 2D 어레이를 포함한다. 수신기(110)는 수신기가 반사된 방사(108)로부터 조명된 타겟(104)의 이미지를 형성할 수 있도록, 조명원(102)에 의해 전달된 파장을 적어도 포함하는 적외선 방사에 민감하도록 선택된다.
수신기 광학장치(116)는 반사된 전자기 방사(228)를 수집, 집중 및 선택적으로, 필터링하고, 전자기 방사를 수신기(110)의 초점 평면에 포커싱시키도록 배열된 미러 또는 렌즈와 같은 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다.
수신기(110)는 하나 이상의 Ge PD(118)에 의해 검출된 전자기 방사에 응답하여 조명된 장면의 이미지를 나타내는 전기 신호를 생성한다. 수신기(110)에 의해 검출된 신호는 타겟(104)의 SWIR 이미지로 처리하기 위해, 내부 이미지 프로세서(114) 또는 외부 이미지 프로세서(미도시)로 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 수신기(110)는 특정 거리 범위를 각각 커버하는 "타임 슬라이스들"을 생성하기 위해 여러 번 활성화된다. 일부 실시예에서, 이미지 프로세서(114)는 이러한 슬라이스들을 결합하여 Gruber, Tobias, et al["Gated2depth: Real-time dense LIDAR from gated images." arXiv preprint arXiv:1902.04997 (2019), 그 전체 내용이 참조로 여기에 포함된다]에 의해 제안된 것과 같은 더 큰 시각적 깊이를 갖는 단일 이미지를 생성한다.
자동차 분야에서, 이미징 시스템(100' 또는 100")에 의해 생성된 수신기(110)의 시야(FOV) 내의 타겟(104)의 이미지는 다음과 같은 다양한 운전자 지원 및 안전 기능(즉, 전방 충돌 경고(FCW), 차선 이탈 경고(LDW), 교통 표지 인식(TSR) 및 보행자 또는 다가오는 차량과 같은 관련 개체 검출)을 제공하도록 처리될 수 있다. 생성된 이미지는 예를 들어 차량 전면 유리의 헤드업 디스플레이(HUD)에 투사되어, 운전자에게 표시될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이미징 시스템(100' 또는 100")은 낮은 광 레벨 또는 가시성이 열악한 조건에서 자율 주행을 가능하게 하는 이미지 또는 비디오를 제공하기 위해 차량 ECU(120)에 인터페이스할 수 있다.
액티브 이미징 시나리오에서, 광원, 예를 들어 레이저는 광수신기의 어레이와 함께 사용된다. Ge PD는 SWIR 대역에서 작동하기 때문에, 눈 안전 규정을 초과하지 않으면서, 높은 파워의 광 펄스가 실현 가능한다. 자동차 시나리오의 구현을 위해, 전형적인 펄스 길이는 ~100ns이지만, 일부 실시예에서는 최대 약 1 마이크로초의 더 긴 펄스 기간도 예상된다. 눈의 안전을 고려하면, ~300KW의 피크 펄스 파워가 허용 가능하지만, 현재의 레이저 다이오드로는 이러한 레벨을 실질적으로 달성할 수 없다. 따라서, 현재 시스템에서, 고출력 펄스는 QS 레이저에 의해 생성된다. 일부 실시예에서, 레이저는 비용을 더 줄이기 위해 P-QS 레이저이다. 일부 실시예에서, 레이저는 액티브 QS이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "타겟"이라는 용어는 이미지화된 엔티티(entity), 객체, 영역 또는 장면 중 임의의 것을 지칭한다. 자동차 애플리케이션에서 객체의 비-제한적인 예에는 차량, 보행자, 물리적 배리어 또는 기타 객체가 포함된다.
일부 실시예에서, 액티브 이미징 시스템은: 타겟을 향해 방사 펄스를 방출하여 타겟으로부터 반사된 방사를 야기시키는 조명원으로서, QS 레이저를 포함하는 조명원; 및 반사된 방사를 수신하기 위한 하나 이상의 Ge PD를 포함하는 수신기를 포함한다. 일부 실시예에서, 조명원은 SWIR 스펙트럼 대역에서 작동한다.
일부 실시예에서, QS 레이저는 액티브 QS 레이저이다. 일부 실시예에서, QS 레이저는 P-QS 레이저이다. 일부 실시예에서, P-QS 레이저는 SA를 포함한다. 일부 실시예에서, SA는 Co2+:MgAl2O4, Co2+:스피넬, Co2+:ZnSe 및 다른 코발트-도핑된 결정, V3+:YAG, 도핑된 유리, 양자점, 반도체 SA 미러(SESAM), 및 Cr4+YAG SA로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
일부 실시예에서, 시스템은 P-QS 레이저에 의해 방출된 방사 펄스를 검출하기 위한 QS 펄스 광검출기를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 수신기는 방사 펄스가 타겟으로 이동하고 수신기로 되돌아오기에 충분한 시간에서 활성화되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 수신기는 Ge PD의 DC 파워가 Ge PD의 kTC 노이즈 파워를 초과하지 않는 집적 시간 동안 활성화된다.
일부 실시예에서, 수신기는 Ge PD에 의해 수신된 반사 방사에 응답하여 전기 신호를 생성하며, 여기서 전기 신호는 방사 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다. 일부 실시예에서, 전기 신호는 내부 이미지 프로세서 또는 외부 이미지 프로세서 중 하나에 의해 타겟의 이미지로 처리된다. 일부 실시예에서, 타겟의 이미지는 전방 충돌 경고, 차선 이탈 경고, 교통 표지 인식, 및 보행자 또는 다가오는 차량 검출 중 하나 이상을 제공하도록 처리된다.
추가 실시예에서, 액티브 이미징을 수행하기 위한 방법은 액티브 QS 레이저를 포함하는 조명원에 의해 광 펄스를 방출하는 단계; 및 광 펄스가 타겟으로 이동하고 QS 레이저로 되돌아오기에 충분한 시간 후에, 제한된 시간 동안 타겟으로부터 반사된 반사 광 펄스를 수신하기 위해 하나 이상의 Ge PD를 포함하는 수신기를 활성화하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 조명원은 단파 적외선(SWIR) 스펙트럼 대역에서 작동한다. 일부 실시예에서, 제한된 시간은 Ge PD의 DC 파워가 Ge PD의 kTC 노이즈 파워를 초과하지 않는 동안의 집적 시간과 동일하다.
일부 실시예에서, 수신기는 Ge PD에 의해 수신된 반사 광 펄스에 응답하여 전기 신호를 생성하고, 여기서 전기 신호는 광 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다. 일부 실시예에서, 전기 신호는 내부 이미지 프로세서 또는 외부 이미지 프로세서 중 하나에 의해 타겟의 이미지로 처리된다. 일부 실시예에서, 타겟의 이미지는 전방 충돌 경고, 차선 이탈 경고, 교통 표지 인식, 및 보행자 또는 다가오는 차량 감지 중 하나 이상을 제공하도록 처리된다.
추가 실시예에서, 액티브 이미징을 수행하기 위한 방법은 SA가 포화될 때 광 펄스의 방출을 야기하는 SA를 포함하는 P-QS 레이저를 펌핑하는 단계; QS 펄스 광검출기에 의해 광 펄스의 방출을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 광 펄스의 방출에 기초하여 광 펄스가 타겟으로 이동하고 QS 레이저로 되돌아오기에 충분한 시간 후에, 반사된 광 펄스를 수신하기 위해 제한된 시간 동안 하나 이상의 Ge PD를 포함하는 수신기를 활성화하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, QS 레이저는 단파 적외선(SWIR) 스펙트럼 대역에서 작동한다.
일부 실시예에서, SA는 Co2+:MgAl2O4, Co2+:스피넬, Co2+:ZnSe, 다른 코발트-도핑된 결정, V3+:YAG, 도핑된 유리, 양자점, 반도체 SA 미러(SESAM) 및 Cr4+YAG SA로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시예에서, 제한된 기간은 Ge PD의 DC 파워가 Ge PD의 kTC 노이즈 파워를 초과하지 않는 동안의 집적 시간과 동일하다.
일부 실시예에서, 수신기는 Ge PD에 의해 수신된 반사 광 펄스에 응답하여 전기 신호를 생성하고, 여기서 전기 신호는 광 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다. 일부 실시예에서, 전기 신호는 내부 이미지 프로세서 또는 외부 이미지 프로세서 중 하나에 의해 타겟의 이미지로 처리된다. 일부 실시예에서, 타겟의 이미지는 전방 충돌 경고, 차선 이탈 경고, 교통 표지 인식, 및 보행자 또는 다가오는 차량 검출 중 하나 이상을 제공하도록 처리된다.
예시적인 실시예는 Ge 기반 PD를 사용하는 높은 SNR 액티브 SWIR 이미징을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 이미징 시스템은 게이트(gated) 이미징 시스템이다. 일부 실시예에서, 펄스형 조명원은 액티브 또는 P-QS 레이저이다.
이제, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 이들은 각각 일부 실시예의 액티브 SWIR 이미징 시스템의 작동 방법의 흐름도 및 개략도를 도시한다. 도 3a에 도시된 프로세스(300)는 도 1b를 참조하여 설명된 시스템(100')을 기반으로 한다. 단계(302)에서, 조명원(102A)의 펌프(124)는 게인 매질(122)을 펌핑하기 위해 활성화된다. 단계(304)에서, 액티브 QS 요소(126A)는 거리 D에 있는 타겟(104)의 방향으로 광 펄스를 방출한다. 단계(306)에서, 시간=T에서, 광 펄스는 타겟(104)을 때리고, 시스템(100')과 수신기(110)를 향해 다시 반사된 방사를 생성한다. 단계(308)에서, 시간=T2를 기다린 후, 수신기(110)는 반사된 방사를 수신하도록 활성화된다. 리턴 전파 딜레이(T2)는 조명원(102A)으로부터 타겟(104)까지의 펄스 비행 시간과 타겟(104)에서 반사된 광학 신호의 비행 시간을 더한 것을 포함한다. 따라서, T2는 조명원(102A) 및 수신기(110)으로부터 거리 "D"에 있는 타겟(104)에 대해 알려져 있다. 수신기(110)의 활성화 주기(Δt)는 요구되는 시야 깊이(DoV, Depth of view)에 기초하여 결정된다. DoV는 2DoV=c*Δt로 제공되며, 여기서 c는 빛의 속도이다. 100ns의 일반적인 Δt는 15미터의 시야 깊이를 제공한다. 단계(310)에서, 반사된 방사는 Δt의 기간 동안 수신기(110)에 의해 수신된다. 수신기(110)로부터 수신된 데이터는 이미지 프로세서(114)(또는 외부 이미지 프로세서)에 의해 처리되어, 수신된 이미지를 생성한다. 프로세스(300)는 각 프레임에서 N회 반복될 수 있으며, 여기서 프레임은 수신기(110)로부터 이미지 프로세서(114)로(또는 외부 이미지 프로세서로) 전송되는 데이터 세트로 정의된다. 일부 실시예에서, N은 1 내지 10,000이다.
이제, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 이들은 일부 실시예의 액티브 SWIR 이미징 시스템의 예시적인 작동 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시한다. 도 4a에 도시된 프로세스(400)는 도 1c를 참조하여 설명된 시스템(100)에 기초한다. 단계(402)에서, 조명원(102P)의 펌프(124)는 게인 매질(122)을 펌핑하고, SA(126P)를 포화시키기 위해 활성화된다. 단계(404)에서, 포화 레벨에 도달한 후, SA(126P)는 거리 D에 있는 타겟(430)의 방향으로 광 펄스를 방출한다. 단계(406)에서, QS 펄스 광검출기(128)는 방출된 광 펄스를 검출한다. 단계(408)에서, 시간=T에서, 광 펄스는 타겟(430)을 때리고, 시스템(100") 및 수신기(110)를 향해 반사된 방사를 생성한다. 단계(410)에서, QS 펄스 광검출기(128)에 의해 방출된 광 펄스의 검출에 이어서, 시간=T2를 기다린 후, 수신기(110)는 반사된 방사를 수신하도록 활성화된다. 리턴 전파 딜레이(T2)는 조명원(102P)으로부터 타겟(430)까지의 펄스 비행 시간과 타겟(430)에서 반사된 광학 신호의 비행 시간을 더한 것을 포함한다. 따라서, T2는 조명원(102P) 및 수신기(110)로부터 거리 "D"에 있는 타겟(430)에 대해 알려져 있다. Δt의 활성화 기간은 요구되는 시야 깊이(DoV, 심도)에 따라 결정된다. 단계(412)에서, 반사된 방사는 Δt의 기간 동안 수신기(110)에 의해 수신된다. 수신기(110)로부터 수신된 데이터는 이미지 프로세서(114)(또는 외부 이미지 프로세서)에 의해 처리되어, 수신된 이미지를 생성한다. 프로세스(400)는 각 프레임에서 N회 반복될 수 있다. 일부 실시예에서, N은 1 내지 10,000이다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이들 이미징 시스템 중 어느 하나는 집적 시간 후에, 각 PD에 대한 검출 신호를 제공하기 위해 각각의 Ge PD에 의해 수집된 전하의 축적을 판독하기 위한 판독 회로를 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 즉, LIDAR 또는 다른 깊이 센서와 달리, 판독 프로세스는 집적 시간의 진행 후에 실행될 수 있으므로, 넓은 거리 범위로부터의 신호가 비가역적으로 합산된 후에 실행될 수 있다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 선택적으로, 수신기(110)는 집적 시간에 걸쳐 복수의 Ge PD 각각에 의해 축적된 전하를 나타내는 검출 신호 세트를 출력하며, 여기서 검출 신호 세트는 적어도 하나의 SWIR 방사 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이미징 시스템은 타겟을 향해 광을 방출하기 전에, 펄스형 조명원의 광의 조명 균일성을 개선하도록 동작하는 적어도 하나의 회절 광학 소자(DOE)를 선택적으로, 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 높은 피크 파워 펄스형 광원(102)은 FOV의 다른 부분에 걸쳐 불충분하게 균일한 조명 분포를 발생시킬 수 있다. DOE(미도시)는 FOV의 고품질 이미지를 생성하기 위해 조명의 균일성을 향상시킬 수 있다. LIDAR 시스템 및 기타 깊이 센서에서는 일반적으로 동등한 조명 균일성이 요구되지 않으므로, 비용, 시스템 복잡성, 시스템 부피 등의 이유로 DOE 요소를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템에서는, 전체 FOV가 충분한 조명(최소 요구 거리에서 타겟을 검출할 수 있는 임계값 이상)을 수신하는 한, FOV의 일부 영역이 FOV의 다른 부분보다 실질적으로 더 많은 조명 밀도를 수신하는지는 중요하지 않다. 구현되는 경우, 시스템(100)의 DOE는 예를 들어, 스펙클 효과를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 렌즈, 미러, 프리즘, 도파관 등과 같이, 광원(102)으로부터 FOV로 광을 지향시키기 위한 다른 유형의 광학 장치을 또한 포함할 수 있음에 유의한다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 컨트롤러(112)는 수신기(110)를 활성화하여, 일련의 게이팅된 이미지를 순차적으로 획득하도록 선택적으로, 동작할 수 있으며, 각각은 서로 다른 범위에서 서로 다른 Ge PD의 검출 신호를 나타내며, 이미지 프로세서는 일련의 이미지를 단일 2-차원 이미지로 결합하도록 동작한다. 예를 들어, 제1 이미지는 0 내지 50m 사이에서의 광을 획득할 수 있고, 제2 이미지는 50 내지 100m 사이에서의 광을 획득할 수 있고, 제3 이미지는 이미징 센서로부터 100 내지 125m 사이에서의 광을 획득할 수 있고, 이미지 프로세서(114)는 복수의 2D 이미지를 단일 2D 이미지로 합성할 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 거리 범위는 더 많은 광 펄스와 더 많은 계산을 사용하는 대신에, 판독 회로에 의해 도입된 판독 노이즈보다 여전히 더 적은 축적 DC 노이즈로 캡처된다. 최종 이미지의 각 픽셀에 대한 색상 값(예를 들어, 그레이스케일 값)은 게이팅된 이미지에서 각 픽셀의 함수(예를 들어, 모든 값의 최대값 또는 가중 평균)로 결정될 수 있다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이미징 시스템은 50m 이상 거리에서 20%의 (관련 스펙트럼 범위에서) SWIR 반사율로 1m x 1m 타겟을 검출하도록 작동하는 비냉각 Ge-기반 SWIR 이미징 시스템일 수 있다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 펄스 조명원(102)은 10 밀리줄과 100 밀리줄 사이의 펄스 에너지를 갖는 눈에 안전한 레이저 펄스를 방출하도록 작동하는 QS 레이저일 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 조명 파장은 태양 흡수 대역과 일치하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 조명 파장은 1.3μm 내지 1.4μm일 수 있다).
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이미지 생성을 위해 사용되는 각 Ge PD에 의한 출력 신호는 각 PD에 대한 단일 스칼라를 나타낼 수 있다. 모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 각각의 PD는 광범위한 거리를 나타내는 축적 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 수신기(110)의 Ge PD의 일부, 대부분 또는 전부는 20m, 40m 및 60m로부터 각각의 PD에 반사된 광을 각각 나타내는 검출 신호를 출력할 수 있다.
많은 알려진 기술 시스템에 비해 이미징 시스템(100, 100' 및 100")의 또 다른 차별화되는 특징은 펄스 조명이 (예를 들어 촬영 플래시 조명과 달리) 필드에서 객체의 빠른 움직임을 정지시키는(freeze) 데 사용되지 않고 정적 장면에도 마찬가지로 사용된다는 것이다. 많은 알려진 기술 시스템에 비해 이미징 시스템(100, 100' 및 100")의 또 다른 차별화되는 특징은 이미지의 게이팅이 일부 알려진 기술에 방해가 되는 외부 노이즈(예를 들어, 햇빛)와 비교하여, 시스템 내의 내부 노이즈를 피하기 위해 주로 사용되지 않는다는 것이다.
시스템(100, 100' 및 100')에 대해 위에서 논의된 구성요소, 특징, 작동 모드, 시스템 아키텍처 및 내부 관계 중 임의의 하나가 필요한 부분만 약간 수정하여 아래에서 논의되는 임의의 EO 시스템(700, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2300 및 3600)에서 구현될 수 있음에 유의한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 EO 시스템의 FOV에서 객체의 SWIR 이미지를 생성하기 위한 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 방법(500)은 이미징 시스템(100, 100' 및 100") 중 임의의 것에 의해 실행될 수 있다. 방법(500)은 또한 (시스템(700, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2300 및 3600)과 같은) 아래에 설명된 임의의 액티브 이미징 시스템에 의해 구현될 수 있음에 유의한다.
방법(500)은 FOV를 향해 적어도 하나의 조명 펄스를 방출하여, 적어도 하나의 타겟으로부터 반사되는 SWIR 방사를 발생시키는 단계(또는 "스테이지")(510)로 시작한다. 이하, "단계"와 "스테이지"는 혼용되어 사용된다. 선택적으로, 하나 이상의 펄스는 높은 피크 파워 펄스일 수 있다. 예를 들어, 단일 펄스와 비교할 때 전체적으로 더 높은 레벨의 조명을 달성하기 위해 다중 조명 펄스의 활용이 필요할 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(510)는 선택적으로, 컨트롤러(112)에 의해 수행될 수 있다.
단계(520)는 반사된 SWIR 방사를 검출하도록 동작하는 복수의 Ge PD(수신기(110)에 대해 위에서 논의된 의미에서)를 포함하는 이미징 수신기에 의한 연속적인 신호 획득의 트리거 개시를 포함한다. 단계(520)의 연속적인 신호 획득은 전하가 작은 증분이 아닌, 연속적이며 비가역적으로 수집됨을 의미한다(즉, 중간 시간에 어떤 레벨의 전하가 수집되었는지 알 수 없음). 단계(520)의 트리거은 단계(510) 이전에(예를 들어, 검출 어레이가 램프(ramp) 업 시간을 요구하는 경우), 단계(510)와 동시에, 또는 단계(510)가 종료된 후에(예를 들어, 시스템으로부터 0이 아닌 거리에서 검출을 시작하기 위해), 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(520)는 선택적으로, 컨트롤러(112)에 의해 수행될 수 있다.
단계(530)는 단계(520)의 트리거 후에 시작하고, 트리거의 결과로서 복수의 Ge PD 각각에 대해, 각각의 Ge PD에 대한 적어도 SWIR 반사 방사의 충돌로부터 발생하는 전하, 50μA/cm²보다 큰 DC, 집적 시간 의존적 DC 노이즈 및 집적 시간 독립적 판독 노이즈를 수집하는 것을 포함한다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(530)는 선택적으로, 수신기(110)에 의해 수행될 수 있다.
단계(540)는 DC 노이즈의 결과로 수집된 전하의 양이 집적-시간 독립적 판독 노이즈의 결과로 수집된 전하의 양보다 여전히 낮은 경우, 전하의 수집 중단을 트리거하는 것을 포함한다. 집적 시간은 단계(540)가 중단될 때까지의 단계(530)의 지속 기간이다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(540)는 선택적으로, 컨트롤러(112)에 의해 수행될 수 있다.
단계(540)가 종료된 후에 단계(560)가 실행되는데, 이는 복수의 Ge PD 각각에 의해 수집된 전하의 레벨에 기초하여 FOV의 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 이미징 시스템(100, 100' 및 100")에 대해 전술한 바와 같이, 단계(560)에서 생성된 이미지는 깊이 정보가 없는 2D 이미지이다. 첨부 도면의 예를 참조하면, 단계(560)는 선택적으로, 이미징 프로세서(114)에 의해 수행될 수 있다.
선택적으로, 단계(540)의 결과로서 수집의 중단 이후에는, 각각의 Ge PD에 의해 수집된 전하의 양과 상관된 신호를 판독 회로에 의해 판독하고, 판독 신호를 증폭하고, 증폭된 신호(선택적으로, 추가 처리 후)를 단계(560)과 같이 이미지 생성을 수행하는 이미지 프로세서로 제공하는 선택적 단계(550)가 뒤따를 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(550)는 선택적으로, 판독 회로(위에 도시되지 않았지만, 판독 회로(1610, 2318 및 3630)와 같이 아래에서 논의되는 임의의 판독 회로와 동등할 수 있음)에 의해 수행될 수 있다. 단계(550)는 Ge PS로부터 검출 결과를 판독하는 다른 적절한 방법이 구현될 수 있기 때문에, 선택적이라는 점에 유의한다.
선택적으로, 다수의 Ge PD 각각에 의해 출력되는 신호는 20m로부터 반사된 광량, 40m로부터 반사된 광량 및 60m로부터 반사된 광량을 나타내는 스칼라이다.
선택적으로, 단계(560)의 생성은 복수의 Ge PD 각각에 대해 판독된 스칼라 값에 기초하여 이미지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 단계(510)의 방출은 (하나 이상의 레이저에 의한) 펄스형 레이저 조명을 적어도 하나의 회절 광학 소자(DOE)를 통과시키고 왜곡된 광을 FOV로 방출함으로써, 펄스형 레이저 조명의 조명 균일성을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, DC는 Ge PD당 50 피코암페어보다 크다. 선택적으로, Ge PD는 각각 실리콘과 Ge를 모두 포함하는 Si-Ge PD이다. 선택적으로, 방출은 적어도 하나의 액티브 QS 레이저에 의해 수행된다. 선택적으로, 방출은 적어도 하나의 P-QS 레이저에 의해 수행된다. 선택적으로, 수집은 수신기가 30℃ 이상의 온도에서 작동하고 50m와 150m 사이의 복수 범위에서 복수의 차량 및 복수의 보행자를 검출하기 위해 FOV의 이미지를 처리할 때, 실행된다. 선택적으로, 방출은 눈을 손상시키지 않으면서 1m 미만의 거리에서 10 밀리줄과 100 밀리줄 사이의 펄스 에너지를 갖는 복수의 조명 펄스를 사람의 보호되지 않은 눈으로 방출하는 것을 포함한다.
액티브 이미징 시스템(100, 100' 및 100")과 관련하여 전술한 바와 같이, 여러 게이팅된 이미지가 단일 이미지로 결합될 수 있다. 선택적으로, 방법(500)은 방출, 트리거, 수집 및 중단의 시퀀스를 여러 번 반복하고, 매 시퀀스에서 광 방출로부터 상이한 시간에 상기 획득을 트리거하는 단계를 포함할 수 있다. 각각의 시퀀스에서, 방법(500)은 2m(예를 들어, 2.1m, 5m, 10m, 25m, 50m, 100m)보다 더 넓은 상이한 거리 범위에 대응하는 각각의 Ge PD에 대한 검출 값을 수신기로부터 판독하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 단계(560)에서 이미지를 생성하는 것은 서로 다른 시퀀스에서 서로 다른 Ge PD로부터 판독된 검출 값에 기초하여 단일의 2-차원 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 몇 개의 이미지만 촬영되기 때문에, 게이트 이미지가 희박하지 않음(즉, 전체 또는 대부분에 많은 픽셀에 대한 검출 값이 있음)에 유의한다. 또한, 게이트 이미지는 중첩 거리 범위를 가질 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 제1 이미지는 0-60m 거리 범위를 나타낼 수 있고, 제2 이미지는 50-100m 거리 범위를 나타낼 수 있고, 제3 이미지는 90-120m 거리 범위를 나타낼 수있다. 도 6 내지 도 11c는 그러한 시스템에서 사용될 수 있는 SWIR EO 시스템 및 P-QS 레이저 뿐만 아니라, 그러한 레이저의 작동 및 제조 방법을 보여준다.
도 10은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 SWIR 광학 시스템(700)의 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다. 시스템(700)은 적어도 P-QS 레이저(600)를 포함하지만, 도 10에 도시된 바와 같이 다음과 같은 추가 구성 요소를 포함할 수도 있다:
a. 시스템(700)의 FOV로부터의 반사광, 특히 외부 객체(910)로부터 반사된 레이저(600)의 반사 조명을 감지하도록 동작하는 센서(702). 다른 예를 참조하면, 센서(702)는 구성요소(110, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2302 및 3610)와 같이, 본 명세서에서 논의된 이미징 수신기, PDA 또는 PDD로 구현될 수 있다.
b. 센서(702)의 감지 결과를 처리하도록 작동하는 프로세서(710). 처리의 출력은 FOV의 이미지, FOV의 깊이 모델, FOV의 하나 이상의 부분의 분광 분석, FOV 내의 식별된 객체의 정보, FOV 상의 광 통계 또는 기타 유형의 출력일 수 있다. 다른 예를 참조하면, 프로세서(710)는 프로세서(114, 1908, 2304 및 3620)와 같이, 본 명세서에서 논의된 프로세서 중 임의의 하나로 구현될 수 있다.
c. 레이저(600) 및/또는 프로세서(710)의 작동을 제어하도록 동작하는 컨트롤러(712). 예를 들어, 컨트롤러(712)는 타이밍, 동기화, 및 프로세서(710) 및/또는 레이저(600)의 다른 동작 파라미터를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예를 참조하면, 컨트롤러(712)는 컨트롤러(112, 1338, 2314 및 3640)와 같이, 본 명세서에서 논의된 다른 컨트롤러 중 임의의 하나로 구현될 수 있다.
선택적으로, 시스템(700)은 레이저의 파장에 민감한 SWIR PDA(706)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, SWIR 광학 시스템은 액티브 SWIR 카메라, SWIR 비행 시간(ToF) 센서, SWIR 광 감지 및 거리 측정(LIDAR) 센서 등의 역할을 할 수 있다. ToF 센서는 레이저 파장에 민감할 수 있다. 선택적으로, PDA는 레이저(600)에 의해 방출된 SWIR 주파수에 민감한 CMOS 기반 PDA일 수 있으며, 이러한 PDA는 이스라엘 텔아비브 소재 트라이아이 리미티드에 의해 설계되고 제조된 CMOS 기반 PDA이다.
선택적으로, 시스템(700)은 SWIR PDA(또는 시스템(700)의 임의의 다른 감광 센서)로부터의 검출 데이터를 처리하기 위한 프로세서(710)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 검출 정보를 처리하여, 시스템(700)의 시야(FOV)의 SWIR 이미지를 제공하고, FOV 내의 객체를 검출하는 등의 작업을 수행할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템은 레이저 파장에 민감한 비행 시간(ToF) SWIR 센서, 및 SWIR 광학 시스템의 FOV 내에 있는 적어도 하나의 객체까지의 거리를 검출하기 위해 ToF SWIR 센서와 P-QS SWIR 레이저의 작동을 동기화하도록 작동하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(700)은 레이저(600) 또는 PDA(예를 들어, 초점 평면 어레이, FPA)와 같은 시스템의 다른 구성요소의 하나 이상의 측면의 작동을 제어하도록 작동하는 컨트롤러(712)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 레이저의 파라미터 중 일부는 타이밍, 지속 기간, 강도, 포커싱 등을 포함한다. 반드시 그런 것은 아니지만, 컨트롤러는 PDA의 검출 결과에 기초하여(직접적으로, 또는 프로세서에 의한 처리에 기초하여) 레이저의 동작을 제어할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 레이저의 활성화 파라미터에 영향을 미치기 위해 레이저 펌프 또는 다른 유형의 광원을 제어하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 펄스 반복 레이트를 동적으로 변경하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 예를 들어, FOV의 특정 영역에서 신호 대 노이즈비(SNR)를 향상시기키 위해 광 쉐이핑(shaping) 광학 장치의 동적 수정을 제어하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 펄스 에너지 및/또는 기간을 동적으로 변경하기 위해 조명 모듈을 제어하도록 작동할 수 있다(예를 들어, 펌핑 레이저의 포커싱 변경 등과 같은 다른 P-QS 레이저에 대해 가능한 동일한 방식으로).
추가적 및 선택적으로, 시스템(700)은 일반적으로 레이저 또는 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 펌프 다이오드)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어부(예를 들어, 패시브 온도 제어부, 액티브 온도 제어)를 포함할 수 있다. 그러한 온도 제어부는 예를 들어, 열전기 쿨러(thermoelectric cooler, TEC), 팬, 히트 싱크, 펌프 다이오드 아래의 저항 히터 등을 포함할 수 있다.
추가적 및 선택적으로, 시스템(700)은 GM(602) 및 SA(604) 중 적어도 하나를 블리칭(bleach)하는 데 사용되는 또 다른 레이저를 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(700)은 (예를 들어, 위에서 논의된 PD(226)와 같이) 펄스가 레이저(600)에 의해 생성되는 시간을 측정하도록 동작하는 내부 감광 검출기(예를 들어, PDA(706)와 같은 하나 이상의 PD)를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 컨트롤러(740)는 내부 감광 검출기(706)로부터 획득된 타이밍 정보에 기초하여, PDA(706)(또는 다른 유형의 카메라 또는 센서(702))에 대한 트리거 신호를 발행하도록 동작할 수 있으며, 이는 시스템(700)의 FOV 내에 있는 객체로부터의 레이저 광의 반사를 검출한다.
전술한 스펙트럼 범위(1.3-1.5μm)에서 대량의 레이저를 필요로 하는 주요 산업은 광학 데이터 저장을 위한 전자 산업이며, 이는 다이오드 레이저 비용을 장치당, 와트당 몇 달러 이하로 낮추었다. 그러나, 이러한 레이저는 상당히 높은 피크 파워 및 빔 밝기를 갖는 레이저를 필요로 하며 열악한 환경 조건에서 활용되는 자동차 산업과 같은 다른 산업에는 적합하지 않다.
SWIR 스펙트럼의 일부로 간주되는 파장 범위에 대한 과학적 합의가 없다는 점에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 목적을 위해, SWIR 스펙트럼은 가시 스펙트럼의 파장보다 더 긴 파장의 전자기 방사를 포함하고, 적어도 1,300 내지 1,500nm의 스펙트럼 범위를 포함한다.
이러한 용도로 제한되지는 않지만, 하나 이상의 P-QS 레이저(600)가 이미징 시스템(100, 100' 및 100") 중 어느 하나의 조명원(102)으로 사용될 수 있다. 레이저(600)는 라이더, 분광기, 통신 시스템 등과 같이 펄스 조명을 필요로 하는 SWIR 범위에서 작동하는 다른 EO 시스템에서 사용될 수 있다. 제안된 레이저(600) 및 이러한 레이저의 제조 방법은 상대적으로 낮은 생산 비용으로 SWIR 스펙트럼 범위에서 작동하는 레이저의 대량 제조를 가능하게 한다는 점에 유의한다.
P-QS 레이저(600)는 적어도 결정 게인 매질(602)(이하, 게인 매질은 "GM"이라고도 함), 결정 SA(604), 및 앞서 언급한 결정질 재료가 한정되는(confined) 광 캐비티(606)를 포함하고, 이에 의해 게인 매질(602) 내에서 전파되는 광이 레이저 광 빔(612)(예를 들어 도 8에 도시됨)을 생성하는 방향으로 강화될 수 있게 한다. 광 캐비티는 "광 공진기" 및 "공진 캐비티"라는 용어로도 알려져 있으며, 높은 반사율 미러(608)("고반사기"라고도 함) 및 출력 커플러(610)를 포함한다. 아래에서 논의된 바와 같은 서로 다른 유형의 결정질 재료의 독특하고 새로운 조합 및 레이저 제조를 위한 다양한 제조 기술을 사용하여, SWIR 스펙트럼 범위에 대해 합리적인 가격의 레이저를 대량으로 제조할 수 있다. P-QS 레이저와 관련하여 당업계에 일반적으로 알려진 일반적인 세부 사항은 개시내용의 간결함을 위해 본 명세서에 제공되지 않지만, 다양한 리소스로부터 쉽게 사용될 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 레이저의 포화 흡수체는 레이저에 대한 Q-스위치 역할을 한다. "결정질 재료"라는 용어는 광범위하게는 단결정 형태 또는 다결정 형태인 임의의 물질을 포함한다.
연결된 결정 게인 매질 및 결정 SA의 치수는 특정 P-QS 레이저(600)가 설계되는 목적에 따라 달라질 수 있다. 비-제한적인 예에서, SA와 GM의 결합된 길이는 5 내지 15mm이다. 비-제한적인 예에서, SA와 GM의 결합된 길이는 2 내지 40mm이다. 비-제한적 예에서, SA와 GM의 결합된 직경(예를 들어, 원형 실린더이거나 그러한 가상의 실린더 내에 한정된 경우)은 2 내지 5mm이다. 비-제한적인 예에서, SA와 GM의 결합된 직경은 0.5 내지 10mm이다.
P-QS 레이저(600)는 SA 결정질 재료(SAC)에 강성(rigidly) 연결된 게인 매질 결정질 재료(GMC)를 포함한다. 강성 결합은 접착제, 확산 본딩, 복합 결정 본딩, 하나를 다른 하나 위에 성장시키는 것과 같이 당업계에 공지된 방식 중 임의의 하나로 구현될 수 있다. 그러나, 아래에서 논의되는 바와 같이, 간단하고 저렴한 수단을 사용하여 세라믹 형태의 결정질 재료를 견고하게 연결하는 것이 가능할 수 있다. GMC 및 SAC 재료는 서로 직접 견고하게 연결될 수 있지만, 선택적으로, 중간 객체(예를 들어, 다른 결정)를 통해 서로 견고하게 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 게인 매질과 SA 모두는 단일 조각의 결정질 재료의 다른 부분을 다른 도펀트(SAC 재료 및 GMC 재료에 대해 아래에서 논의된 것과 같이)로 도핑하거나, 또는 2개의 도펀트로 동일한 부피의 결정질 재료를 도핑하여 단일 조각의 결정질 재료를 공동-도핑함으로써(예를 들어, N3+ 및 V3+로 공동-도핑된 세라믹 YAG), 단일 조각의 결정질 재료에 구현될 수 있다. 선택적으로, 게인 매질은 단결정 포화 흡수 기판에서 성장할 수 있다(예를 들어, 액상 에피택시(LPE) 사용). 별도의 GMC 재료 및 SA 결정질 재료가 이하의 개시내용에서 광범위하게 논의되며, 2개의 도펀트로 도핑된 단일 조각의 세라믹 결정질 재료가 또한 필요한 부분만 수정하여 다음의 임의의 실시예에서 사용될 수 있음에 유의한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 명세서에 개시된 주제에 따른 P-QS 레이저(600)의 예를 도시하는 개략적인 기능 블록도이다. 도 7a에서, 2개의 도펀트는 공통 결정질 재료(614)의 2개 부분(GM 및 SA 모두로서 작용함) 상에 구현되는 반면, 도 7b에서, 2개의 도펀트는 공통 결정질 재료(614)의 공통 체적(도시된 경우, 공통 결정의 전체)에서 교체가능하게(interchangeably) 구현된다. 선택적으로, GM 및 SA는 네오디뮴 및 적어도 하나의 다른 물질로 도핑된 단일 조각의 결정질 재료 상에 구현될 수 있다. 선택적으로(예를 들어, 도 7c에 도시된 바와 같이), 출력 커플러(610) 및 높은 반사율 미러(608) 중 임의의 하나 또는 둘 모두가 결정질 재료(예를 들어, GM 또는 SA, 또는 둘 모두를 결합하는 결정) 중 하나에 직접 접착될 수 있다.
SAC 및 GMC 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 재료이고, 이는 세라믹 형태(예를 들어, 다결정질 형태)의 관련 결정질 재료(예를 들어, 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷, YAG, 도핑된 바나듐)이다. 하나 및 특히 둘 모두 세라믹 형태의 결정질 재료를 사용하면, 더 낮은 비용으로 더 많은 수를 생산할 수 있다. 예를 들어, 느리고 제한된 공정에서 별도의 단결정 재료를 성장시키는 대신, 다결정 재료는 분말 소결(즉, 고체 덩어리를 형성하기 위해 분말을 압축하고 가열하는 것), 저온 소결, 진공 소결 등에 의해 제조될 수 있다. 결정질 재료(SAC 또는 GMC) 중 하나는 다른 재료 위에 소결될 수 있으므로, 폴리싱, 확산 본딩 또는 표면 활성 본딩과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 공정이 필요하지 않다. 선택적으로, GMC 및 SAC 중 적어도 하나는 다결정질이다. 선택적으로, GMC와 SAC는 모두 다결정질이다.
GMC 및 SAC가 제조될 수 있는 결정질 재료의 조합을 참조하면, 이러한 조합은 다음을 포함할 수 있다:
a. GMC는 세라믹 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SAC는 (a) 세라믹 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG), 또는 (b) 세라믹 코발트-도핑된 결정질 재료이다. 선택적으로, 세라믹 코발트-도핑된 결정질 재료는 2가 세라믹 코발트-도핑된 결정질 재료일 수 있다. 이러한 대안에서, Nd:YAG 및 전술한 그룹에서 선택된 SAC는 둘 다 세라믹 형태이다. 코발트-도핑된 결정질 재료는 코발트로 도핑된 결정질 재료이다. 예로는 코발트-도핑된 스피넬(Co:스피넬 또는 Co2+:MgAl2O4), 코발트-도핑된 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe), 코발트-도핑된 YAG(Co2+:YAG)가 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 옵션에서 높은 반사율 미러와 SA는 P-QS 레이저가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저(예를 들어, 도 8 및 도 10에 예시된 바와 같이)가 되도록, 선택적으로, 게인 매질 및 SA에 견고하게 연결될 수 있다.
b. GMC는 세라믹 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SAC는 (a) 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트-도핑된 결정질 재료로 구성된 도핑된 세라믹 재료의 그룹으로부터 선택된 비-세라믹 SAC이다. 선택적으로, 코발트-도핑된 결정질 재료는 2가 코발트-도핑된 결정질 재료일 수 있다. 그러한 경우에, 높은 반사율 미러(608) 및 출력 커플러(610)는 P-QS 레이저(600)가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, 게인 매질 및 SA에 견고하게 연결된다.
c. GMC는 세라믹 네오디뮴-도핑된 희토류 원소 결정질 재료이고, SAC는 (a) 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트-도핑된 결정질 재료로 구성된 도핑된 결정질 재료의 그룹으로부터 선택된 세라믹 결정질 재료이다. 선택적으로, 코발트-도핑된 결정질 재료는 2가 코발트-도핑된 결정질 재료일 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 옵션에서 높은 반사율 미러(608) 및 출력 커플러(610)는 P-QS 레이저(600)가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, 선택적으로, 게인 매질 및 SA에 견고하게 연결될 수 있다.
실시예 중 임의의 하나에서, 도핑된 결정질 재료는 하나 이상의 도펀트로 도핑될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, SAC는 상기 개시된 주요 도펀트 및 적어도 하나의 다른 도핑 물질로(예를 들어, 상당히 더 적은 양으로) 도핑될 수 있다. 네오디뮴-도핑된 희토류 원소 결정질 재료는 유닛 셀이 희토류 원소(스칸듐 및 이트륨을 포함할뿐만 아니라, 15개의 란탄족 원소를 포함하는 널리 정의된 15개의 화학 원소의 그룹 중 하나)를 포함하고, 네오디뮴(예를 들어, 3중 이온화된 네오디뮴)으로 도핑되어 유닛 셀의 일부에서 희토류 원소를 대체하는 결정질 재료이다. 본 개시내용에서 사용될 수 있는 네오디뮴-도핑된 희토류 원소 결정질 재료의 몇 가지 비-제한적 예는 다음과 같다:
a. Nd:YAG(위에서 언급한 바와 같음), 네오디뮴-도핑된 텅스텐산 이트륨 포타슘(Nd:KYW), 네오디뮴-도핑된 이트륨 리튬 플루오라이드(Nd:YLF), 네오디뮴-도핑된 이트륨 오르토바나데이트(YVO4), 이들 모두에서 희토류 원소는 네오디뮴, Nd이다;
b. 네오디뮴-도핑된 가돌리늄 오르토바나데이트(Nd:GdVO4), 네오디뮴-도핑된 가돌리늄 갈륨 가넷(Nd:GGG), 네오디뮴-도핑된 포타슘-가돌리늄 텅스텐산(Nd:KGW), 이들 모두에서 희토류 원소는 가돌리늄, Gd이다;
c. 네오디뮴-도핑된 란타늄 스칸듐 보레이트(Nd:LSB), 여기서 희토류 원소는 스칸듐이다;
d. 네오디뮴-도핑된 희토류 원소 결정질 재료가 사용될 수 있다. 여기서, 희토류 원소는 이트륨, 가돌리늄, 스칸듐 또는 임의의 다른 희토류 원소일 수 있다.
다음 논의는 GMC 및 SAC의 임의의 선택적 조합에 적용된다.
선택적으로, GMC는 SAC에 직접 견고하게 연결된다. 대안적으로, GMC 및 SAC는 간접적으로 연결될 수 있다(예를 들어, SAC 및 GMC 각각은 하나 이상의 중간 결정질 재료 그룹, 및/또는 관련 파장에 투과성인 하나 이상의 다른 고체 물질을 통해 연결됨). 선택적으로, SAC와 GMC 중 하나 또는 둘 모두가 관련 파장에 투과성이다.
선택적으로, SAC는 코발트-도핑된 스피넬(Co2+:MgAl2O4)일 수 있다. 선택적으로, SAC는 코발트-도핑된 YAG(Co:YAG)일 수 있다. 선택적으로, 이것은 동일한 YAG에서 코발트 및 네오디뮴 Nd의 공동-도핑을 가능하게 할 수 있다. 선택적으로, SAC는 코발트-도핑된 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe)일 수 있다. 선택적으로, GMC는 세라믹 코발트-도핑된 결정질 재료일 수 있다.
선택적으로, SA의 초기 투과도(transmission)(T0)는 75% 내지 90%이다. 선택적으로, SA의 초기 투과도는 78% 내지 82%이다.
레이저에 의해 방출되는 파장은 그 구성에 사용되는 재료, 특히 GMC 및 SAC의 재료 및 도펀트에 따라 달라진다. 출력 파장의 일부 예는 1,300nm 내지 1,500nm 범위의 파장을 포함한다. 일부 더 구체적인 예는 1.32μm 또는 약 1.32μm(예를 들어, 1.32μm±3nm), 1.34μm 또는 약 1.34μm(예를 들어, 1.34μm±3nm), 1.44μm 또는 약 1.44μm(예를 들어, 1.44μm±3nm)를 포함한다. 이들 광 주파수 범위 중 하나 이상에 민감한 대응 이미저(imager)가 SWIR 광학 시스템(700)에 포함될 수 있다(예를 들어, 도 10에 도시됨).
도 8 및 도 9는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 SWIR 광학 시스템(700)을 도시하는 개략적인 기능도이다. 이들 도면에 예시된 바와 같이, 레이저(600)는 위에서 논의된 것에 더하여, 다음과 같은(하지만 이들에 제한되지 않음) 추가 구성요소를 포함할 수 있다:
a. 레이저를 위한 펌프 역할을 하는 플래시 램프(616) 또는 레이저 다이오드(618)와 같은 광원. 앞의 예를 참조하면, 광원은 펌프(124)의 역할을 할 수 있다.
b. 광원(예를 들어, 618)으로부터의 광을 레이저(600)의 광축에 포커싱하기 위한 포커싱 광학장치(620)(예를 들어, 렌즈).
c. 광 캐비티(606)를 빠져나간 후에 레이저 빔(612)을 조작하기 위한 디퓨저 또는 다른 광학장치(622).
선택적으로, SWIR 광학 시스템(700)은 FOV에서 눈 안전 문제를 개선하기 위해, 더 넓은 FOV에 걸쳐 레이저를 확산시키는 광학장치(708)를 포함할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(700)은 FOV로부터 반사된 레이저 광을 수집하고, 이를 센서(702) 상으로, 예를 들어 광검출기 어레이(PDA)(706) 상으로(도 10 참조) 지향하게 하는 광학장치(704)를 포함할 수 있다. 선택적으로, P-QS 레이저(600)는 다이오드 펌프 고체 상태 레이저(DPSSL)이다.
선택적으로, P-QS 레이저(600)는 적어도 하나의 다이오드 펌프 광원(872), 및 다이오드 펌프 광원의 광을 광학 공진기(광 캐비티)에 포커싱하기 위한 광학장치(620)를 포함한다. 선택적으로, 광원은 (엔드 펌프로서) 광축 상에 배치된다. 선택적으로, 광원은 광원이 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저의 일부가 되도록, 높은 반사율 미러(608) 또는 SA(604)에 견고하게 연결될 수 있다. 선택적으로, 레이저의 광원은 하나 이상의 수직-캐비티 표면-방출 레이저(VCSEL) 어레이를 포함할 수 있다. 선택적으로, P-QS 레이저(600)는 적어도 하나의 VCSEL 어레이, 및 VCSEL 어레이의 광을 광학 공진기로 포커싱하기 위한 광학장치를 포함한다. 광원(예를 들어, 레이저 펌프)에서 방출되는 파장은 레이저에 사용되는 결정질 재료 및/또는 도펀트에 따라 달라질 수 있다. 펌프에 의해 방출될 수 있는 일부 예시적인 펌핑 파장은 808nm 또는 약 808nm, 869nm 또는 약 869nm, 약 900nm 및 몇 nm를 포함한다.
레이저의 파워는 설계된 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 파워는 1W 내지 5W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 파워는 5W 내지 15W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 파워는 15W 내지 50W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 파워는 50W 내지 200W일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 파워는 200W보다 높을 수 있다.
QS 레이저(600)는 펄스 레이저이고, 상이한 주파수(반복률), 상이한 펄스 에너지 및 상이한 펄스 기간을 가질 수 있는데, 이는 그것이 설계된 활용 목적에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 레이저의 반복률은 10Hz 내지 50Hz일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 반복률은 50Hz 내지 150Hz일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 0.1mJ 내지 1mJ일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 1mJ 내지 2mJ일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 2mJ 내지 5mJ일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 5mJ보다 높을 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 기간은 10ns 내지 100ns일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 기간은 0.1μs 내지 100μs일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 기간은 100μs 내지 1ms일 수 있다. 예를 들어, 구성 요소의 크기에 따라 레이저의 크기도 변경될 수 있다. 예를 들어, 레이저 치수는 X1 × X2 × X3일 수 있으며, 각 치수(X1, X2 및 X3)는 10mm와 100mm 사이, 20과 200mm 사이 등이다. 출력 커플링 미러는 평평하거나 구부러지거나 약간 구부러질 수 있다.
선택적으로, 레이저(600)는 게인 매질의 흡수 영역에 열이 축적되는 것을 방지하기 위해, 게인 매질 및 SA에 더하여, 도핑되지 않은 YAG를 더 포함할 수 있다. 도핑되지 않은 YAG는 선택적으로, 게인 매질와 SA를 둘러싸는 실린더(예를 들어, 동심원 실린더)로 형성될 수 있다.
도 11a는 본 명세서에 개시된 주제에 따른 방법(1100)의 예를 도시하는 흐름도이다. 방법(1100)은 상술한 P-QS 레이저(600)와 같은(이에 한정되지 않음) P-QS 레이저용 부품을 제조하는 방법이다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, P-QS 레이저는 레이저(600)일 수 있다. 레이저(600) 또는 레이저의 구성 요소에 대해 논의된 모든 변형은 P-QS 레이저에 대해서도 구현될 수 있음을 유의한다. 나아가, 방법(1100)으로 제조된 부품 또는 그 대응하는 구성요소도 구현될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
방법(1100)은 추후에 방법(1100)에서 처리되어, 제1 결정질 재료를 생성하는 적어도 하나의 제1 분말을 제1 몰드에 삽입하는 단계(1102)로 시작한다. 제1 결정질 재료는 P-QS 레이저의 GM 또는 SA 역할을 한다. 일부 실시예에서, 레이저의 게인 매질이 먼저 만들어지고(예를 들어, 소결을 통해), SA가 이전에 만들어진 GM 위에 나중에 만들어진다(예를 들어, 소결을 통해). 다른 실시예에서는 레이저의 SA가 먼저 만들어지고, GM은 이전에 만들어진 SA 위에 나중에 만들어진다. 또 다른 실시예에서, SA와 GM은 서로 독립적으로 만들어지고, 결합되어 단일 강체를 형성한다. 커플링은 가열, 소결 또는 그 이후의 일부로 수행될 수 있다.
방법(1100)의 단계(1104)는 상기 적어도 하나의 제1 분말과 상이한 적어도 하나의 제2 분말을 제2 몰드에 삽입하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 제2 분말은 추후에 방법(1100)에서 처리되어, 제2 결정질 재료를 생성한다. 제2 결정질 재료는 P-QS 레이저의 GM 또는 SA 역할을 한다(SA와 GM 중 하나는 제1 결정질 재료로 만들어지고, 다른 기능은 제2 결정질 재료로 만들어짐).
제2 몰드는 제1 몰드와 상이할 수 있다. 대안적으로, 제2 몰드는 제1 몰드와 동일할 수 있다. 그러한 경우에, 적어도 하나의 제2 분말은 예를 들어, 적어도 하나의 제1 분말의 상부(또는 이미 제조된 경우, 제1 그린 바디의 상부), 그 옆, 그 주변 등에 삽입될 수 있다. 적어도 하나의 제1 분말의 동일한 몰드에 적어도 하나의 제2 분말을 삽입하는 것(구현되는 경우)은 적어도 하나의 제1 분말을 제1 그린 바디로 가공하기 이전에, 적어도 하나의 제1 분말을 제1 그린 바디로 가공한 이후에, 또는 적어도 하나의 제1 분말을 제2 그린 바디로 가공하는 도중 어느 때나 실행될 수 있다.
제1 분말 및/또는 제2 분말은 분쇄된 YAG(또는 스피넬, MgAl2O4, ZnSe와 같은 전술한 임의의 다른 물질) 및 도핑 재료(예를 들어 N3+, V3+, Co)을 포함할 수 있다. 제1 분말 및/또는 제2 분말은 YAG(또는 스피넬, MgAl2O4, ZnSe와 같은 전술한 임의의 다른 물질)가 만들어지는 재료 및 도핑 물질(예를 들어, N3+, V3+, Co)을 포함할 수 있다.
단계(1106)는 단계(1102) 후에 실행되며, 이는 제1 몰드에서 적어도 하나의 제1 분말을 압축하여, 제1 그린 바디를 생성하는 것을 포함한다. 단계(1104)는 단계(1108) 후에 실행되며, 이는 제2 몰드에서 적어도 하나의 제2 분말을 압축하여, 제2 그린 바디를 생성하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 제1 분말 및 적어도 하나의 제2 분말이 단계(1102 및 1104)에서 동일한 몰드에 삽입되면, 단계(1106 및 1108)에서 분말의 압축이 동시에 수행될 수 있지만(이는 예를 들어, 몰드에 대해 적어도 하나의 제1 분말을 이어서 압축하는 적어도 하나의 제2 분말을 가압함으로써 수행됨), 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 단계(1104)(및 단계(1108))는 단계(1106)의 압축 후에 선택적으로 실행될 수 있다.
단계(1110)는 제1 결정질 재료를 생성하기 위해 제1 그린 바디를 가열하는 것을 포함한다. 단계(1112)는 제2 결정질 재료를 생성하기 위해 제2 그린 바디를 가열하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 결정의 가열은 단계(1106 및 1110) 각각의 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에 또는 이후에 실행될 수 있다.
선택적으로, 단계(1110)에서 제1 그린 바디의 가열은 단계(1108)(및 가능하게는 단계(1104))에서 적어도 하나의 제2 분말의 압축에 선행한다(및 가능하게는 삽입에 선행한다). 제1 그린 바디 및 제2 그린 바디는 개별적으로(예를 들어, 상이한 시간에, 상이한 온도에서, 상이한 기간 동안) 가열될 수 있다. 제1 그린 바디 및 제2 그린 바디는 함께 가열될 수 있고(예를 들어, 동일한 오븐에서), 가열 동안 서로 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 제1 그린 바디 및 제2 그린 바디는 가열 방식의 다른 부분에서 별도로 가열되는 동안, 부분 공동-가열을 공유할 수 있는 상이한 가열 방식에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 그린 바디 및 제2 그린 바디 중 하나 또는 둘 모두는 다른 그린 바디와 별도로 가열될 수 있고, 이어서 2개의 그린 바디가 함께 가열될 수 있다(예를 들어, 결합 후, 반드시 그런 것은 아님). 선택적으로, 제1 그린 바디의 가열 및 제2 그린 바디의 가열은 단일 오븐에서 제1 그린 바디 및 제2 그린 바디를 동시에 가열하는 것을 포함한다. 선택적으로, 단계(1114)에서의 커플링은 단일 오븐에서 그린 바디 모두의 동시 가열의 결과라는 점에 유의한다. 선택적으로, 단계(1114)에서의 커플링은 물리적으로 서로 연결된 후에 그린 바디 모두를 공동-소결함으로써 행해진다는 점에 유의한다.
단계(1116)는 제2 결정질 재료를 제1 결정질 재료에 커플링하는 것을 포함한다. 커플링은 당업계에 공지된 임의의 커플링 방식으로 실행될 수 있으며, P-QS 레이저(600)와 관련하여 몇몇 비-제한적 예가 위에서 논의되었다. 커플링은 여러 하위 단계를 가질 수 있으며, 그 중 일부는 상이한 실시예에서 상이한 방식으로 단계들(1106, 1108, 1110 및 1112)의 상이한 단계와 뒤얽힐 수 있다. 커플링은 GM과 SA를 모두 포함하는 단일 강성 결정체를 생성하게 한다.
방법(1100)은 결정의 제조(및 특히, 서로 결합된 다결정 재료의 세라믹 또는 비-세라믹 다결정 결정 화합물의 제조)에 사용되는 추가 단계를 포함할 수 있음에 유의한다. 몇 가지 비-제한적 예에는 분말 준비, 바인더 연소, 치밀화, 어닐링, 폴리싱(필요한 경우, 아래에서 논의됨) 등이 포함된다.
방법(1100)에서 P-QS 레이저의 GM(전술한 바와 같이, 제1 결정질 재료 또는 제2 결정질 재료일 수 있음)은 네오디뮴-도핑된 결정질 재료이다. 방법(1100)에서 P-QS 레이저의 SA(전술한 바와 같이, 제1 결정질 재료 또는 제2 결정질 재료일 수 있음)는 (a) 네오디뮴-도핑된 결정질 재료 및 (b) 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 코발트-도핑된 결정질 재료로 이루어진 도핑된 결정질 재료의 그룹으로부터 선택된 도핑된 결정질 재료로 구성되는 결정질 재료의 그룹으로부터 선택된다. GM 및 SA 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 재료이다. 선택적으로, GM과 SA는 모두 세라믹 결정질 재료이다. 선택적으로, GM 및 SA 중 적어도 하나는 다결정질 재료이다. 선택적으로, GM과 SA는 모두 다결정질 재료이다.
방법(1100)의 상이한 단계들 사이에서 제조 공정의 추가 단계가 발생할 수 있지만, 특히 소결 공정에서 제2 재료의 본딩 이전에, 제1 재료의 폴리싱은 적어도 일부 실시예에서 요구되지 않는다.
방법(1100)에서 GMC 및 SAC가 제조될 수 있는 결정질 재료의 조합을 참조하면, 이러한 조합은 다음을 포함할 수 있다:
a. GMC는 세라믹 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SAC는 (a) 세라믹 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 또는 (b) 세라믹 코발트-도핑된 결정질 재료이다. 이러한 대안에서, 전술한 그룹에서 선택된 Nd:YAG 및 SAC는 둘 모두 세라믹 형태이다. 코발트-도핑된 결정질 재료는 코발트로 도핑된 결정질 재료이다. 예로는 코발트-도핑된 스피넬(Co:스피넬 또는 Co2+:MgAl2O4) 코발트-도핑된 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe)이 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 옵션의 높은 반사율 미러 및 출력 커플러는 P-QS 레이저가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결될 수 있다.
b. GMC는 세라믹 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)이고, SAC는 (a) 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트-도핑된 결정질 재료로 구성된 도핑된 세라믹 재료의 그룹으로부터 선택된 비-세라믹 SAC이다. 이러한 경우, 높은 반사율 미러 및 출력 커플러는 P-QS 레이저가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, GM 및 SA에 견고하게 연결된다.
c. GMC는 세라믹 네오디뮴-도핑된 희토류 원소 결정질 재료이고, SAC는 (a) 3가 바나듐-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트-도핑된 결정질 재료로 구성된 도핑된 결정질 재료의 그룹으로부터 선택된 세라믹 결정질 재료이다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 옵션의 높은 반사율 미러 및 출력 커플러는 P-QS 레이저가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결될 수 있다.
전체적으로 방법(1100)을 참조하면, 선택적으로 SAC 및 GMC 중 하나 또는 둘 다(및 선택적으로, 존재하는 경우, 결정질 재료를 연결하는 하나 이상의 중간체)는 관련 파장(예를 들어, SWIR 방사)에 대해 투과성이다는 점에 유의한다.
도 11b 및 도 11c는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 방법(1100)의 실행을 위한 여러 개념적 타임라인을 포함한다. 도면을 단순화하기 위해, SA는 적어도 하나의 제1 분말의 처리 결과이고, 게인 매질은 적어도 하나의 제2 분말의 처리 결과라고 가정한다. 위에서 언급했듯이, 그 역할이 바뀔 수 있다.
도 12a는 전압-제어 전류 소스(VCCS)(1204)에 의해 제어되는 광검출기(예를 들어, PD)(1202)를 포함하는 PS(1200)의 예를 개략적으로 도시한다. 전압-제어 전류 소스(1204)은 선택적으로 PS(1200) 외부에 있을 수 있다(예를 들어, 단일 VCCS(1204)가 여러 PS에 전류를 제공하는 경우). VCCS(1204)는 제어 전압(다이어그램에서 VCTRL로 표시됨)에 비례하는 전류를 전달하는 의존적 전류 소스이다. 본 명세서에 개시된 PS 및 PDD는 임의의 적절한 유형의 VCCS를 포함할 수 있다. PS(1200)의 다른 ("추가") 구성요소(미도시)는 일반적인 박스(1206)로 집합적으로 표현된다. 감지에 사용될 때, PS(1200)와 같은 PS 및 광검출기(1202)와 같은 광검출기는 또한 아래에서 "액티브" 또는 "논-레퍼런스" PS/광검출기(이는 전류 소스에 대한 제어 전압을 결정하기 위한 입력으로 사용되는 PS 및 광검출기와 구별됨)로 지칭될 수 있다.
도 12b는 PS(1200)의 일 예인 또 다른 실시예의 PS(1200')를 개략적으로 도시한다. PS(1200')에서, 다른 구성요소(1206)는 "3T"(3개의 트랜지스터) 구조의 형태이다. 임의의 다른 적절한 회로는 추가 구성요소(1206)의 역할을 할 수 있다.
전류 소스(1204)는 PD(1202)에 의해 생성된 DC와 크기는 같지만 방향이 반대인 전류를 제공함으로써, DC를 상쇄(또는 적어도 감소)시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 PD(1202)가 높은 DC를 특징으로 하는 경우에 특히 유용하다. 이러한 방식으로, PD로부터 커패시턴스(앞서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 커패시터, PS의 기생 커패시턴스 또는 이들의 조합에 의해 제공될 수 있음)로 흐르는 전하, 및 DC로부터 발생하는 전하는 상쇄된다. 특히, DC와 크기가 실질적으로 동일한 전류를 전류 소스(1204)에 의해 제공하는 것은 제공된 전류가 PD(1202)에 충돌하는 검출된 광의 결과로서 PD(1202)에 의해 생성된 실제 전기 신호를 상쇄하지 않는다는 것을 의미한다.
도 13a는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 PDD(1300)를 도시한다. PDD(1300)는 생성된 DC가 일정하지 않은 경우(시간에 따라 변경됨)에도, 전류 소스(1204)에 의해 생성되는 전류를 PD(1202)에 의해 생성된 DC에 제어 가능하게 매칭시킬 수 있는 회로를 포함한다. PD(1202)에 의해 생성된 DC의 레벨은 작동 온도 및 PD에 적용된 바이어스(때때로 변할 수도 있음)와 같은 다양한 파라미터에 따라 달라질 수 있음에 유의한다.
PDD(1300)에 의해 수행되는 PS(1200) 내의 DC 영향의 감소(아날로그 또는 디지털 신호 처리의 나중 단계에서는 아님)는 커패시턴스를 포화시키거나 수집된 전하에 대한 그 응답의 선형성을 감소시키지 않으면서, 비교적 작은 커패시턴스의 활용을 가능하게 한다.
PDD(1300)는 충돌 광을 검출하기 위한 PS(1200), 및 PS(1200)에서 DC의 영향을 감소시키거나 제거하기 위해 그 출력이 추가 회로(아래에서 논의됨)에 의해 사용되는 레퍼런스 PS(1310)를 포함한다. PS(1200)(및 1200')와 동일하게, 레퍼런스 PS(1310)는 PD(1302), VCCS(1304) 및 선택적으로, 추가 회로("기타 구성요소", 집합적으로 1306으로 표시됨)를 포함한다. 일부 예에서, PDD(1300)의 레퍼런스 PS(1310)는 PDD(1300)의 PS(1200)와 동일할 수 있다. 선택적으로, PS(1310)의 임의의 하나 이상의 구성요소는 PS(1200)의 대응하는 구성요소와 동일할 수 있다. 예를 들어, PD(1302)는 PD(1202)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, VCCS(1304)는 VCCS(1204)와 동일할 수 있다. 선택적으로, PS(1310)의 임의의 하나 이상의 구성요소는 PS(1200)의 구성요소(예를 들어, PD, 전류 소스, 추가 회로)와 상이할 수 있다. PS(1200)와 PS(1310)의 실질적으로 동일한 구성요소(예를 들어, PD, 전류 소스, 추가 회로)는 서로 다른 작동 상태에서 작동될 수 있다. 예를 들어, PD(1202 및 1302)에 상이한 바이어스가 인가될 수 있다. 예를 들어, 추가 구성요소(1206 및 1306)의 상이한 구성요소는 이들의 구조가 실질적으로 동일한 경우에도, 상이한 파라미터를 사용하여 작동하거나, 선택적으로 연결/연결해제될 수 있다. 단순성과 명확성을 위해, PS(1310)의 구성요소는 (PD에 대해) 부재 번호 1302로, (VCCS에 대해) 부재 번호 1304로, 및 (추가 회로에 대해) 부재 번호 1306로 번호 매겨져 있으며, 이는 이러한 구성요소가 구성요소(1202, 1204 및 1206)와 상이하다는 것을 의미하지 않는다.
일부 예들에서, 레퍼런스 추가 회로(1306)는 DC의 결정에 영향을 미치지 않도록, 생략되거나 연결해제될 수 있다. PD(1202)는 역방향 바이어스, 순방향 바이어스, 제로 바이어스 또는 이들 바이어스들 중 임의의 2개 또는 3개 사이의 선택적 사용(예를 들어, 아래에서 논의되는 컨트롤러(1338)와 같은 컨트롤러에 의해 제어됨) 중 하나로 동작할 수 있다. PD(1302)는 역방향 바이어스, 순방향 바이어스, 제로 바이어스 또는 이들 바이어스들 중 임의의 2개 또는 3개 사이의 선택적 사용(예를 들어, 아래에서 논의되는 컨트롤러(1338)와 같은 컨트롤러에 의해 제어됨) 중 하나로 동작할 수 있다. PD들(1202 및 1302)은 실질적으로 동일한 바이어스(예를 들어, 약 -5V, 약 0V, 약 +0.7V) 하에서 동작할 수 있지만, 이것은 반드시 그런 것은 아니다(예를 들어, PDD(1300)를 테스트할 때, 아래에서 보다 상세히 논의됨). 선택적으로, PDD(1300)의 단일 PS는 일부 시간에 PS(1200)(PDD(1300)의 FOV로부터 광을 검출함)로 작동할 수 있는 반면, 다른 시간에는 PS(1310)로 작동할 수 있다(그 검출 신호 출력은 PDD의 또 다른 PS(1200)의 VCCS에 대한 제어 전압을 결정하는 데 사용됨). 선택적으로, 충돌하는 광을 검출하는 데 사용되는 "액티브" PS와 레퍼런스 PS의 역할이 교환될 수 있다. PDD(1300)는 적어도 증폭기(1318) 및 PDD(1300)의 다수의 PS에 대한 전기 연결을 포함하는 제어-전압 생성 회로(1340)를 더 포함한다. 증폭기(1318)는 적어도 2개의 입력, 즉 제1 입력(1320) 및 제2 입력(1322)을 갖는다. 증폭기(1318)의 제1 입력(1320)에는 컨트롤러(PDD(1300), 외부 시스템 또는 이들의 조합에서 구현됨)에 의해 직접 제어되거나, 또는 시스템의 다른 전압에서 파생될 수 있는 제1 입력 전압(VFI)이 공급된다(이는 차례로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있음). 증폭기(1318)의 제2 입력(1322)은 PD(1302)(레퍼런스 PS(1310))의 캐소드에 연결된다.
제1 사용 사례의 예에서, PD(1202)는 제1 전압(VA로 표시된 "애노드 전압"이라고도 함)과 제2 전압(VC로 표시된 "캐소드 전압"이라고도 함) 사이의 작동 바이어스에서 유지된다. 애노드 전압은 컨트롤러(PDD(1300), 외부 시스템 또는 이들의 조합에서 구현됨)에 의해 직접 제어되거나, 또는 시스템의 다른 전압에서 파생될 수 있다(이는 차례로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있음). 캐소드 전압은 컨트롤러(PDD(1300), 외부 시스템 또는 이들의 조합에서 구현됨)에 의해 직접 제어되거나, 또는 시스템의 다른 전압에서 파생될 수 있다(이는 차례로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있음). 애노드 전압(VA) 및 캐소드 전압(VC) 각각은 시간적으로 일정하게 유지될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 애노드 전압(VA)은 일정한 소스에 의해(예를 들어, 외부 컨트롤러로부터 패드를 통해) 제공될 수 있다. 캐소드 전압(VC)은 실시예에 따라 실질적으로 일정하거나 시간에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, PS(1200)에 대해 3T 구조를 사용하는 경우, VC는 추가 구성요소(1206)의 작동 및/또는 PD(1202)로부터의 전류로 인해, 시간에 따라 변경된다. VC는 선택적으로, (레퍼런스 회로가 아닌) 추가 구성요소(1206)에 의해 결정/제어/영향받을 수 있다.
VCCS(1204)는 PD(1202)에 의해 생성된 DC에 대응하기 위해(counter), PD(1202)의 캐소드 단부에 전류를 제공(공급)하는 데 사용된다. 다른 시간에, VCCS(1204)는 (예를 들어, PDD(1300)을 캘리브레이션 또는 테스트하기 위해) 다른 단부에 다른 전류를 공급할 수 있다. VCCS(1204)에 의해 생성된 전류의 레벨은 증폭기(1318)의 출력 전압에 응답하여 제어된다. VCTRL로 표시된 VCCS(1204)를 제어하기 위한 제어 전압은 (도시된) 증폭기(1318)의 출력 전압과 동일할 수 있다. 대안적으로, VCTRL은 (예를 들어, 증폭기(1318)의 출력과 VCCS(1204) 사이의 저항 또는 임피던스로 인해) 증폭기(1318)의 출력 전압으로부터 파생될 수 있다.
PS(1200)의 출력 신호에 대한 PD(1202)의 DC 영향를 상쇄(또는 적어도 감소)하기 위해, PDD(1300)는 PD(1202)가 받는 바이어스와 실질적으로 동일한 바이어스를 PD(1302)에 적용할 수 있다. 예를 들어, PD(1302)가 PD(1202)와 실질적으로 동일할 때, PD(1302) 및 PD(1202)에 동일한 바이어스를 적용하는 것이 사용될 수 있다. 2개의 PD(1202 및 1302)에 동일한 바이어스를 인가하는 한 가지 방법은 PD(1302)의 애노드에 전압 VA를 인가하고(여기서 인가된 전압은 VRPA로 표시되고, RPA는 "레퍼런스 PD 애노드"를 나타냄), PD(1302)의 캐소드에 전압 VC를 인가하는 것이다(여기서 인가된 전압은 VRPC로 표시되고, RPC는 "레퍼런스 PD 캐소드"를 의미함). 동일한 바이어스를 인가하는 또 다른 방법은 PD(1302)의 애노드에 VRPA=VA+ΔV를 인가하고, PD(1302)의 캐소드에 VRPC=VC+ΔV를 인가하는 것이다. 선택적으로, 애노드 전압(VA), 레퍼런스 애노드 전압(VRPA) 또는 둘 모두는 (예를 들어, PDD(1300)가 연결된 인쇄 회로 기판(PCB)을 통해) 외부 소스에 의해 제공될 수 있다.
언급한 바와 같이, 증폭기(1318)의 제1 입력(1320)에는 제1 입력 전압(VFI)이 공급된다. 증폭기(1318)의 제2 입력(1322)은 PD(1302)의 캐소드에 연결된다. 증폭기(1318)의 작동은 2개의 입력(1320 및 1322) 사이의 전압 차이를 감소시켜서, 제2 입력(1322)의 전압이 제1 입력(VFI)에 인가되는 제어 전압과 동일해지도록 한다. 이제, 도 13b를 참조하면, PD(1302)를 통한 DC(이하, DCReference로 표시됨)는 화살표(1352)로 표시된다(도시된 회로는 도 13a의 회로와 동일함). PD(1302)를 통한 전류는 PD(1202)가 그 시간 동안 다크(dark) 상태로 유지되는 경우, PD(1202)의 DC와 동일하다. PDD(1300)(또는 이에 연결되거나 인접한 임의의 시스템 구성요소)는 PD(1302)에 대한 광을 차단할 수 있으므로, 다크 상태로 유지된다. 차단은 물리적 배리어(예를 들어, 불투명 배리어), 광학장치(예를 들어, 다이어버팅 렌즈), 전자 셔터 등에 의해 이루어질 수 있다. 아래 설명에서는, PD(1302) 상의 모든 전류가 PD(1302)에 의해 생성된 DC라고 가정한다. 대안적으로, PD(1302)가 광에 노출되는 경우(예를 들어, 시스템에서 알려진 미광의 낮은 레벨), 전류 소스는 알려진 광-발생 신호를 오프셋하도록 구현될 수 있거나, 또는 제1 입력 전압(VFI)이 미광을 (적어도 부분적으로) 보상하도록 보정될 수 있다. 광을 PD(1302)로부터 멀리 유지하도록 의도된 배리어, 광학장치 또는 기타 전용 구성요소는 웨이퍼 레벨(PDD(1300)가 만들어진 동일한 웨이퍼 상에서)에서 구현될 수 있고, (예를 들어, 접착제를 사용하여) 해당 웨이퍼에 연결될 수 있고, 웨이퍼가 설치된 케이싱 등에 견고하게 연결될 수 있다.
VFI가 일정하다고(또는 느리게 변한다고) 가정하면, VCCS(1304)의 출력(이는 화살표(1354)로 표시됨)은 그 크기가 PD(1302)의 DC(DCReference)와 실질적으로 동일해야 하고, 이는 VCCS(1304)가 PD(1302)의 DC 소비를 위해 전하 캐리어를 제공하여, 전압을 VFI로 유지할 수 있다는 것을 의미한다. VCCS(1304)의 출력은 증폭기(1318)의 출력에 응답하는 VCTRL에 의해 제어되기 때문에, 증폭기(1318)는 VCTRL이 VCCS(1304)에 의한 전류 출력(이는 PD(1302)를 통한 DC 크기와 동일할 것임)을 제어하도록, 요구되는 출력을 출력하도록 작동한다.
PD(1202)가 PD(1302)와 실질적으로 동일하고, VCCS(1204)가 VCCS(1304)와 실질적으로 동일하면, 증폭기(1318)의 출력은 또한 VCCS(1204)가 동일한 레벨의 전류(DCReference)를 PD(1202)의 캐소드에 제공하게 할 것이다. 그러한 경우, VCCS(1204)의 출력이 PD(1202)에 의해 생성된 DC(이하, DCActivePD로 표시됨)를 상쇄하기 위해, PD(1202) 및 PD(1302) 모두가 유사한 레벨의 DC를 생성할 것이 요구된다. 2개의 PD(1202 및 1302)에 동일한 바이어스를 적용하기 위해(이는 2개의 PD가 실질적으로 동일한 조건, 예를 들어 온도에서 유지되기 때문에, 2개의 PD가 실질적으로 동일한 레벨의 DC를 생성하게 함), 증폭기(1318)의 제1 입력에 제공되는 전압은 PD(1202)의 애노드 전압과 캐소드 전압, 그리고 PD(1302)의 애노드 전압에 응답하여 결정된다. 예를 들어, VA가 VRPA와 동일하면, VC와 동일한 VFI가 제1 입력(1320)에 제공될 수 있다. VC는 시간에 따라 변경될 수 있고, 컨트롤러에 의해 반드시 결정되는 것이 아님을 유의한다(예를 들어, VC는 추가 구성요소(1206)의 결과로 결정될 수 있음). PD(1202)가 PD(1302)와 상이한 경우, 및/또는 VCCS(1204)가 VCCS(1304)와 상이한 경우, 증폭기(1318)의 출력은 관련 제어 전압을 VCCS(1204)에 제공하기 위해, 증폭기(1318)와 VCCS(1204) 사이에 전자 부품(미도시)을 매칭함으로써 수정될 수 있다(예를 들어, PD(1202)를 통한 DC가 PD(1302)를 통한 DC에 선형적으로 상관된다는 것이 알려진 경우, 증폭기(1318)의 출력은 선형 상관관계로 수정될 수 있다). 동일한 바이어스를 적용하는 또 다른 방법은 PD(1302)의 애노드에 VRPA=VA+ΔV를 인가하고, PD(1302)의 캐소드에 VRPC=VC+ΔV를 인가하는 것이다.
도 13c는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 복수의 PS(1200)를 포함하는 PDD(1300')를 도시한다. PDD(1300')는 추가적인 PS(1200)뿐만 아니라 PDD(1300)의 모든 구성요소를 포함한다. PDD(1300')의 상이한 PS는 서로 실질적으로 동일하고(예를 들어, 모두 2-차원 PDA의 일부임), 따라서 상이한 PS(1200)의 PD(1302)는 서로 유사한 DC를 생성한다. 따라서, 동일한 제어 전압(VCTRL)이 PDD(1300')의 상이한 PS(1200)의 모든 VCCS(1204)에 공급되어, 이들 VCCS(1204)가 각각의 PD(1202)에 의해 생성된 DC의 영향을 상쇄(또는 적어도 감소)시키게 한다. PDD(1300)에 대해 위에서 논의된 임의의 옵션은 필요한 부분만 약간 수정하여 PDD(1300')에 적용될 수 있다.
일부 경우(예를 들어, VC가 일정하지 않고 및/또는 알려지지 않은 경우)에서, PD(1202)와 같이 PD(1302)에 유사한 DC를 야기하도록 선택되는 제1 입력 전압(VFI)을 (예를 들어, 컨트롤러에 의해) 제공하는 것이 가능하다.
이제, 도 14를 참조하면, 이는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 예시적인 PD I-V 곡선(1400)을 도시한다. 설명의 단순화를 위해, 곡선(1400)은 PD(1302) 및 PD(1202) 모두의 I-V 곡선을 나타내며, 이들은 본 설명의 목적을 위해 실질적으로 동일할 뿐만 아니라 동일한 애노드 전압(즉, 이러한 설명을 위해, VA=VRPA)에 적용된 것으로 간주된다. I-V 곡선(1400)은 전압(1402)과 전압(1404) 사이에서 상대적으로 평평하며, 이는 관련 PD에 인가되는 1402와 1404 사이의 상이한 바이어스가 유사한 레벨의 DC를 생성함을 의미한다. VC가 캐소드 전압 범위 내에서 변화하는 경우, 공지의 VA가 주어지면, PD(1202)의 바이어스가 전압(1402)과 전압(1404) 사이에 제한됨을 의미하고, PD(1302)의 바이어스가 전압(1402)과 전압(1404) 사이에 있게 하는 VRPC를 인가하면, PD(1202)와 PD(1302)가 상이한 바이어스를 받을지라도, VCCS(1204)가 DCActivePD와 충분히 유사한 전류를 출력하도록 한다. 이러한 경우, VRPC는 등가 전압(1414)으로 예시된 바와 같이, 캐소드 전압 범위 내에 있거나, 또는 등가 전압(1412)으로 예시된 바와 같이, 캐소드 전압 범위 외부에 있을 수 있다(그러나, PD(1302)에 대한 바이어스는 1402와 1404 사이에서 여전히 유지됨). 위에서 논의된 바와 같이, 다른 구성에 대한 수정은 필요한 부분만 약간 수정하여 구현될 수 있다. 다른 이유로 인해 상이한 바이어스가 상이한 PD(1202 및 1302)에 인가될 수 있음을 유의한다. 예를 들어, 상이한 바이어스가 PDA의 테스트 또는 캘리브레이션의 일부로 인가될 수 있다.
실생활에서, 단일 PDD의 상이한 PS의 상이한 PD(또는 다른 구성요소)는 정확히 동일하게 제조되지 않으며, 이러한 PS의 작동도 서로 정확히 동일하지 않다. PD 어레이에서, PD는 서로 다소 상이할 있으며, 다소 상이한 DC를 가질 수 있다(예를 들어, 제조 차이, 약간의 온도 차이 등으로 인해).
도 15는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 복수의 레퍼런스 포토사이트(1310)(집합적으로 1500으로 표시됨)에 연결된 제어-전압 생성 회로(1340)를 도시한다. 도 15의 회로(레퍼런스 회로(1500)로도 지칭됨)는 PDD(1300, 1300'), 및 본 명세서에서 논의된 임의의 PDD 변형의 대응하는 하나 이상의 PS(1310)의 하나 이상의 VCCS(1204)에 대한 제어 전압(VCTRL로 표시됨)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 특히, 레퍼런스 회로(1500)는 (예를 들어, 제조 부정확성, 약간 다른 작동 상태 등의 결과로서) 어느 정도 변화하는 복수의 레퍼런스 PS(1310)로부터 수집된 데이터에 기초하여, PDD의 하나 이상의 PS(1200)에서 DC의 영향을 상쇄(또는 제한)하기 위한 제어 전압을 결정하는 데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, PD의 DC는 유사하더라도, 서로 다를 수 있다. 일부 PD 기술에서, 동일하도록 의도된 PD는 x1.5, x2, x4 등의 팩터만큼 상이한 DC를 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 평균화 메커니즘은 그러한 상당한 차이(divergence)(예를 들어, 제조에서)까지도 보상할 수 있게 한다. 증폭기(1318)가 여러 PS(1310)의 DC 레벨을 평균화하기 위해 복수의 레퍼런스 PS(1310)에 연결되는 경우, 이러한 PS(1310)는 예를 들어, 위에서 논의된 임의의 메커니즘을 사용하여 다크 상태로 유지된다. 다양한 PS(1310)의 상이한 VCCS(1304)에 인가되는 전압은 모든 VCCS(1304)가 실질적으로 동일한 제어 전압을 수신하도록, 단락된다. 상이한 레퍼런스 PD(1302)의 캐소드 전압은 상이한 네트(net)에 단락된다. 이러한 방식으로, 서로 다른 레퍼런스 PS(1310)의 전류는 다소 서로 상이하지만(이는 레퍼런스 PS(1310)이 다소 서로 상이하기 때문에 야기됨), 각각의 PDD의 하나 이상의 PS(1200)에 공급되는 평균 제어 전압(이는 또한 다소 서로 상이하고, 레퍼런스 PS(1310)와 다소 상이할 수 있음)은 충분히 균일한 방식으로 상이한 PS(1200)에 대한 DC의 영향을 상쇄하기에 충분히 정확하다. 선택적으로, 단일 증폭기(1318)의 출력 전압은 모든 PS(1200) 및 모든 레퍼런스 PS(1310)에 공급된다. 선택적으로, PDD에 대해 선택된 PD는 편평한 I-V 응답을 갖게 되고(예를 들어, 도 14와 관련하여 위에서 논의된 바와 같음), 이에 의해 레퍼런스 회로(1500)와 관련하여 논의된 평균 제어 전압이 상이한 PS(1200)의 DC를 매우 양호하게 상쇄하도록 한다. 다수의 액티브 PS(1200)의 출력 신호를 수정하기 위해(예를 들어, 출력 신호의 DC 영향를 줄이기 위해) 평균 출력 신호가 사용되는 다수의 레퍼런스 PS(1310)를 포함하는 PDD의 비-제한적 예가 도 16a 및 16b에 제공된다.
상이한 구성, 기하학 및 수치 비율이 단일 PDD의 레퍼런스 PS(1310)와 액티브 PS(1200) 사이에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 행과 열로 배열된 복수의 PS를 포함하는 직사각형 PDA에서, PS(예를 들어, 1,000 PS)의 전체 행, 또는 PS의 몇몇 행 또는 열이 복수의 레퍼런스 PS(1310)로 사용될 수 있는(그리고, 선택적으로 다크 상태로 유지됨)반면. 나머지 어레이는 해당 레퍼런스 PS 행의 출력 평균화를 기반으로 하는 제어 신호를 수신한다. 제어 전류를 생성하는 이러한 방식은 평균 DC를 제거하고 PS 간(PS-to-PS) 변형만 남겨, DC의 영향을 크게 감소시킨다.
도 16a 및 도 16b는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 PS 어레이 및 복수의 PD에 기초한 레퍼런스 회로를 포함하는 PDD를 도시한다. PDD(1600)(도 16a에 예시됨) 및 PDD(1600')(PDD(1600)의 변형인 도 16b에 예시됨)는 추가 PS(1200) 및 PS(1310) 뿐만 아니라 PDD(1300)의 모든 구성요소를 포함한다. 선택적으로, PDD(1600)(및 별도의 PDD(1600'))의 상이한 PS는 실질적으로 서로 동일하다. PDD(1300 및 1300') 및 회로(1500)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션은 필요한 부분만 약간 수정하여 PDD(1600 및 1600')에 적용될 수 있다.
도 16a는 복수의 PS(1200)(어레이)를 갖는 감광 영역(1602)(이는 광검출기 장치(1600)의 작동 동안 외부 광에 노출됨), (적어도 레퍼런스 전류 측정 동안, 선택적으로 항상) 다크 상태로 유지되는 복수의 레퍼런스 PS(1310)를 갖는 영역(1603), 및 컨트롤러(1338)를 추가로 포함하는 제어-전압 생성 회로(1340)를 포함한다. 컨트롤러(1338)는 증폭기(1318)의 동작, 증폭기(1318)에 공급되는 전압, 및/또는 레퍼런스 PS(1310)의 동작을 제어할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(1338)는 또한 PS(1200) 및/또는 PDD(1600)의 다른 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(1338)는 액티브 PS(1200) 및 레퍼런스 PS(1310) 모두가 동일한 작동 상태(예를 들어, 바이어스, 노출 시간, 판독 방식 관리) 하에서 동작하도록 제어할 수 있다. 컨트롤러(1338)의 모든 기능은 외부 컨트롤러(예를 들어, PDD가 설치된 EO 시스템의 다른 프로세서 상에 구현되거나, PDD가 설치된 자율 차량의 컨트롤러와 같은 보조 시스템에 의해 구현됨)에 의해 구현될 수 있음에 유의한다. 선택적으로, 컨트롤러(1338)는 PDD(1600)의 다른 구성요소(예를 들어, PS(1200 및 1310), 증폭기(1318))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(1338)는 이러한 웨이퍼에 연결된 PCB 상의 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 다른 적절한 컨트롤러가 또한 컨트롤러(1338)로서 구현될 수 있다.
도 16b는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 광검출기 장치(1600')를 도시한다. 광검출기 장치(1600')는 장치(1600)와 유사하지만, 다른 PS의 내부 세부 사항을 보여주지 않으면서, 구성 요소가 다른 기하학적 구조로 배열되어 있다. 또한, PS(1200)로부터 검출 신호를 판독하고, 추가 처리(예를 들어, 노이즈 감소, 이미지 처리), 저장 또는 임의의 다른 용도를 위해 신호를 제공하는 데 사용되는 판독 회로(1610)가 도시되어 있다. 예를 들어, 판독 회로(1610)는 다른 PS(1200)의 판독 값을 추가 처리, 저장 또는 임의의 다른 동작을 위해 제공하기 이전에, 다른 PS(1200)의 판독 값을 순차적으로(아마도 도시되지 않은 PDD의 하나 이상의 프로세서에 의한 일부 처리 후) 시간적으로 배열할 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(1610)는 PDD(1600)의 다른 구성요소(예를 들어, PS(1200 및 1310), 증폭기(1318))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 유닛으로 구현될 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(1610)는 그러한 웨이퍼에 연결된 PCB 상의 하나 이상의 유닛으로 구현될 수 있다. 다른 적절한 판독 회로는 또한 판독 회로(1610)로서 구현될 수 있다. 판독 회로(1610)와 같은 판독 회로는 본 개시내용에서 논의된 임의의 PDD(예를 들어, PDD(1300, 1700, 1800 및 1900))에서 구현될 수 있음에 유의한다. 신호의 선택적 디지털화 이전에, PDD에서 (예를 들어, 판독 회로(1610)에 의해 또는 각각의 PDD의 하나 이상의 프로세서에 의해) 실행될 수 있는 아날로그 신호 처리의 예는 게인 수정(증폭), 오프셋 및 비닝(binning)(2개 이상의 PS로부터의 출력 신호 결합)를 포함한다. 판독 데이터의 디지털화는 PDD 또는 그 외부에서 구현될 수 있다.
선택적으로, PDD(1600)(또는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 PDD)는 증폭기(1318)의 출력 전압 및/또는 제어 전압 VCTRL(상이한 경우)을 샘플링하고, 그 전압 레벨을 적어도 지정된 최소 기간 동안 유지하기 위한 샘플링 회로를 포함할 수 있다. 이러한 샘플링 회로는 증폭기(1318)의 출력과 적어도 하나의 VCCS(1204) 중 하나 이상 사이의 임의의 위치(예를 들어, 위치(1620))에 배치될 수 있다. 임의의 적절한 샘플링 회로가 사용될 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우의 예시적인 회로는 "샘플 앤 홀드" 스위치를 포함할 수 있다. 선택적으로, 샘플링 회로는 일부 시간에만 사용될 수 있으며, 제어 전압의 직접 실시간 판독은 다른 시간에 실행된다. 샘플링 회로를 사용하는 것은 예를 들어, 시스템에서 DC의 크기가 느리게 변할 때, PS(1310)가 시간의 일부에서만 광으로부터 차폐될 때, 유용할 수 있다.
도 17 및 도 18은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 더 많은 PDD를 도시한다. 상술한 PDD(예를 들어, 1300, 1300', 1600, 1600')에서, 액티브 PS(1200)와 레퍼런스 PS(1310) 모두에 대해 전압-제어 전류 소스가 사용되었다. 전류 소스는 개시된 PDD에서 사용될 수 있는 전압-제어 전류 회로의 일례이다. 사용될 수 있는 또 다른 유형의 전압-제어 전류 회로는 공급된 제어 전압에 의해 제어되는 크기의 전류를 흡수하는 전압-제어 전류 싱크이다. 예를 들어, PD(1202, 1302)에 대한 바이어스가 위에서 예시된 바이어스와 방향이 반대인 전류 싱크가 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 전압-제어 전류 소스가 위에서 논의될 때마다(1204, 1304), 이러한 구성요소는 전압-제어 전류 싱크(각각 1704 및 1714로 표시됨)로 대체될 수 있다. 전류 소스 대신 전류 싱크를 사용하려면, 각각의 PDD의 다른 부분에서 다른 유형의 부품이나 회로를 사용해야 할 수 있다. 예를 들어, VCCS(1204 및 1304)와 함께 사용되는 증폭기(1318)는 전압-제어 전류 싱크(1704 및 1714)와 함께 사용되는 증폭기(1718)와 파워, 크기 등에서 상이하다. VCCS보다는 전압-제어 전류 싱크를 포함하는 PS를 구별하기 위해, 부재 번호(1200' 및 1310')가 위에서 논의된 PS(1200 및 1300)에 대응되게 사용된다.
도 17에서, PDD(1700)는 (PS 1200' 및 PS 1310' 모두에서) 전압-제어 전류 싱크인 전압-제어 전류 회로를 포함하고, 적절한 증폭기(1718)가 증폭기(1318) 대신에 사용된다. 전류 소스와 관련하여 위에서 논의된 모든 변형은 전류 싱크에 동일하게 적용된다.
도 18에서, PDD(1800)는 두 가지 유형의 전압-제어 전류 회로(즉, 전압-제어 전류 소스(1204 및 1314) 및 전압-제어 전류 싱크(1704 및 1714) 모두), 및 그와 매칭되는 증폭기(1318 및 1718)를 포함한다. 이는 예를 들어, PDD(1800)의 PD를 순방향 또는 역방향 바이어스로 작동시킬 수 있다. 적어도 하나의 스위치(또는 다른 선택 메커니즘)가 어떤 레퍼런스 회로(VCCS 기반 회로 또는 전압-제어 전류 싱크 기반 회로)를 활성화/비활성화할 것인지를 선택하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 선택 메커니즘은 예를 들어, 2개의 피드백 조정기가 서로 "반대하여(against)" 작동하는 것을 방지하기 위해 구현될 수 있다(예를 들어, PD에 대해 거의 0 바이어스로 작동하는 경우). 이전에 논의된 임의의 PDD(예를 들어, 1300, 1300', 1600, 1600')와 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션, 설명 또는 변형은 필요한 부분만 약간 수정하여 PDD(1700 및 1800)에 적용될 수 있다. 특히, PDD(1700 및 1800)는 (예를 들어, 도 15, 16a 및 16b와 관련하여) 위에서 논의된 것과 유사하게, 복수의 PS(1200') 및/또는 복수의 레퍼런스 PS(1310')를 포함할 수 있다.
위에서 논의된 임의의 PDD에서, (예를 들어, 광검출 어레이의) 하나 이상의 PS는 (예를 들어, 일부 시간에) 레퍼런스 PS(1310)로서, 또는 (예를 들어, 다른 시간에) 정규 PS(1200)로서 선택적으로 사용되도록, 선택적으로 제어 가능할 수 있음에 유의한다. 이러한 PS는 두 가지 역할 모두에서 작동하는 데 필요한 회로를 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 동일한 PDD가 다른 유형의 전기광학 시스템에서 사용되는 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템은 1,000 내지 4,000의 레퍼런스 PS(1310)를 평균화하는 정확도를 요구할 수 있는 반면, 다른 시스템은 1 내지 1200의 레퍼런스 PS(1310)를 평균화함으로써 달성될 수 있는 더 낮은 정확도를 요구할 수 있다. 다른 예에서, PS의 일부(또는 심지어 전부)에 기초한 제어 전압의 평균화는 위에서 논의된 바와 같이 전체 PDA가 어두워지고 샘플-앤-홀드 회로에 저장될 때 실행될 수 있고, 모든 PS는 하나 이상의 다음 프레임에서 결정된 제어 전압을 사용하여 FOV 데이터를 검출하는 데 사용될 수 있다. .
상기 논의에서, 단순함을 위해, 각각의 PDA 상의 모든 PD의 애노드 측이 공지된(및 제어될 수 있는) 전압에 연결되고, 검출 신호뿐만 아니라 VCCS 및 추가 회로의 연결은 음극 측에서 구현된다. 선택적으로, PD(1202 및 1302)는 필요한 부분만 약간 수정하여 반대 방향(여기서는 판독 값이 애노드 측에 있음)으로 연결될 수 있음에 유의한다.
위에서 논의된 모든 PDD(예를 들어, 1300, 1600, 1700, 1800)를 참조하면, PS, 판독 회로, 레퍼런스 회로 및 기타 전술한 구성요소(필요할 수 있는 임의의 추가 구성요소도 포함)가 단일 웨이퍼 또는 하나 이상의 웨이퍼, 하나 이상의 PCB 또는 PS에 연결된 또 다른 적절한 유형의 회로 등에 구현될 수 있다.
도 19는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 PDD(1900)를 도시한다. PDD(1900)는 전술한 임의의 하나 이상의 PDD로부터 임의의 특징들의 조합을 구현할 수 있고, 추가 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, PDD(1900)는 다음 구성 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
a. 광을 PDD(1900)의 FOV로 방출하도록 작동하는 적어도 하나의 광원(1902). 광원(1902)의 광 중 일부는 FOV 내의 객체로부터 반사되고, (광검출기 장치(1900)의 작동 중 외부 광에 노출되는) 감광 영역(1602)에서 PS(1200)에 의해 캡처되고, 객체의 이미지 또는 다른 모델을 생성하는 데 사용된다. 임의의 적절한 유형의 광원이 사용될 수 있다(예를 들어, 펄스형, 연속형, 변조형, LED, 레이저). 선택적으로, 광원(1902)의 작동은 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(1338))에 의해 제어될 수 있다.
b. 검출기 어레이의 영역(1604)을 다크 상태로 유지하기 위한 물리적 배리어(1904). 물리적 배리어(1904)는 검출기 어레이의 일부이거나 그 외부일 수 있다. 물리적 배리어(1904)은 고정되거나 움직일 수 있다(예를 들어, 움직이는 셔터). 다른 유형의 다크화 메커니즘도 사용할 수 있다. 선택적으로, 물리적 배리어(1904)(또는 다른 다크화 메커니즘)는 상이한 시간에 검출 어레이의 상이한 부분을 어둡게 할 수 있다. 선택적으로, 배리어(1904)의 작동은 변경 가능하다면, 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(1338))에 의해 제어될 수 있다.
c. 무시된 PS(1906). PDA의 모든 PS가 반드시 검출(PS 1200) 또는 레퍼런스(PS 1310)로 사용되는 것은 아님에 유의한다. 예를 들어, 일부 PS는 완전히 어둡지 않고 완전히 켜지지 않은 영역에 있을 수 있으므로, 이미지(또는 PS(1200)의 검출 신호에 응답하여 생성된 다른 유형의 출력)의 생성에서 무시된다. 선택적으로, 상이한 PS는 PDD(1900)에 의해 다른 시간에 무시될 수 있다.
d. PS(1200)에 의해 출력된 검출 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 프로세서(1908). 이러한 처리는 예를 들어, 신호 처리, 이미지 처리, 분광 분석 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(1908)에 의한 처리 결과는 컨트롤러(1338)(또는 다른 컨트롤러)의 동작을 수정하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(1338) 및 프로세서(1908)는 단일 처리 유닛으로 구현될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(1908)에 의한 처리 결과는 유형 메모리 모듈(1910)(저장 또는 나중에 검색을 위해, 다음 참조), 예를 들어 통신 모듈(1912)를 통한 외부 시스템(예를 들어, 원격 서버 또는 어떤 PDD(1900)가 설치된 차량의 차량 컴퓨터), 이미지 또는 다른 유형의 결과(예를 들어, 그래프, 분광기의 텍스트 결과)를 표시하기 위한 디스플레이(1914), 또 다른 유형의 출력 인터페이스(예를 들어, 스피커, 도시되지 않음) 중 하나 이상에 제공될 수 있다. 선택적으로, PS(1310)로부터의 신호는 또한 예를 들어, PDD(1900)의 상태(예를 들어, 작동성, 온도)를 평가하기 위해 프로세서(1908)에 의해 처리될 수 있음에 유의한다.
e. 액티브 PS 또는 판독 회로(1610)에 의해 출력된 검출 신호(예를 들어, 상이한 경우), 및 상기 검출 신호를 처리함으로써 프로세서(1908)에 의해 생성된 검출 정보 중 적어도 하나를 저장하기 위한 메모리 모듈(1910).
f. 전원(1916)(예를 들어, 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터). 전원은 PS, 증폭기 또는 PDD의 다른 구성요소에 전력을 제공할 수 있다.
g. 하드 케이싱(1918)(또는 다른 유형의 구조적 지지대).
h. (구현된 경우) 광원(1902)의 광을 FOV로 지향하고, 및/또는 FOV로부터의 광을 액티브 PS(1200)로 지향하게 하기 위한 광학장치(1920). 이러한 광학장치는 예를 들어, 렌즈, 미러(고정형 또는 이동형), 프리즘, 필터 등을 포함한다.
전술한 바와 같이, 전술한 PDD는 적어도 하나의 제1 전압-제어 전류 회로(VCCC)(1204)에 의해 제공되는 전류 레벨을 결정하는 제어 전압을 매칭하여, PDD의 작동 상태의 차이를 설명하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 적어도 하나의 PD(1202)에 의해 생성된 DC의 레벨을 변경한다. 예를 들어, 복수의 PS(1200) 및 복수의 PS(1320)를 포함하는 PDD의 경우: PDD가 제1 온도에서 작동할 때, 제어-전압 생성 회로(1340)는 액티브 PS(1200)의 출력에 대한 액티브 PD(1202)의 DC 영향을 줄이기 위해, 복수의 레퍼런스 PD(1302)의 DC에 응답하여 제1 레벨의 전류를 제공하기 위한 제어 전압을 전압-제어 전류 회로에 제공하고; PDD가 (제1 온도보다 높은) 제2 온도에서 작동할 때, 제어-전압 생성 회로(1340)는 액티브 PS(1200)의 출력에 대한 액티브 PD(1202)의 DC 영향을 줄이기 위해, 복수의 레퍼런스 PD(1302)의 DC에 응답하여 제2 레벨의 전류를 제공하기 위한 제어 전압을 전압-제어 전류 회로에 제공하고, 이에 의해 제2 레벨은 제1 레벨보다 크기가 더 크다.
도 20은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 광검출기에서 DC를 보상하기 위한 방법(2000)의 흐름도이다. 방법(2000)은 적어도 (a) 적어도 하나의 액티브 PD를 각각 포함하는 복수의 액티브 PS; (b) 레퍼런스 PD를 포함하는 적어도 하나의 레퍼런스 PS; (c) 하나 이상의 액티브 PD에 연결된 적어도 하나의 제1 VCCC; (d) 하나 이상의 레퍼런스 PD에 연결된 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC; 및 (e) 액티브 VCCC 및 레퍼런스 VCCC에 연결되는 제어-전압 생성 회로를 포함하는 PDD에서 실행된다. 예를 들어, 방법(2000)은 임의의 PDD(1300', 1600, 1600', 1700 및 1800)(후자의 2개는 복수의 액티브 PS를 포함하는 실시예임)에서 실행될 수 있다. 방법(2000)은 전술한 다양한 PDD의 임의의 구성요소에 대해 전술한 임의의 동작 또는 기능을 실행하는 것을 포함할 수 있다는 점에 유의한다.
방법(2000)은 적어도 스테이지(스테이지들)(2010 및 1020)를 포함한다. 스테이지(2010)는 적어도 하나의 레퍼런스 PD에서 DC의 레벨(또는 레벨들)에 기초하여, 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC에 제공될 때, 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC가 레퍼런스 PS의 출력에 대한 레퍼런스 PD의 DC 영향을 감소시키는 전류를 생성하게 하는 제어 전압을 생성하는 것을 포함한다. 단계(2020)는 제어 전압을 적어도 하나의 제1 VCCC에 제공함으로써, 적어도 하나의 제1 VCCC가 복수의 액티브 PS의 출력에 대한 액티브 PD의 DC 영향을 감소시키는 전류를 생성하게 하는 것을 포함한다. VCCC는 "Voltage Controlled Current Circuit"의 약자로서, 전압-제어 전류 소스 또는 전압-제어 전류 싱크로 구현된다.
선택적으로, 스테이지(2010)는 제어-전압 생성 회로의 일부인 증폭기를 사용하여 구현된다. 그러한 경우에, 스테이지(2010)는 증폭기의 제2 입력이 레퍼런스 PD와 기준 전압-제어 전류 회로 사이에 전기적으로 연결될 때, 증폭기의 제1 입력에 제1 입력 전압을 공급하는 것을 포함한다. 증폭기는 레퍼런스 전압-제어 회로의 출력과 제1 입력 전압의 차이를 지속적으로 감소시켜, 제어 전압을 생성하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 제1 VCCC(들) 및 레퍼런스 VCCC(들) 모두는 증폭기의 출력에 연결된다.
PDD가 상이한 레벨의 DC를 생성하는 복수의 상이한 레퍼런스 PD를 포함하는 경우, 스테이지(2010)는 레퍼런스 PD의 상이한 DC의 평균화에 기초하여 단일 제어 전압을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
방법(2000)은 PDD의 FOV로부터의 광이 레퍼런스 PD에 도달하는 것을 방지하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 물리적 배리어 또는 전환 광학 장치를 사용함).
방법(2000)은 DC 영향의 감소 후에 액티브 PS의 출력을 샘플링하는 것과 샘플링된 출력에 기초하여 이미지를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
도 21은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 PDD에서 DC를 보상하기 위한 방법(1020)을 도시하는 흐름도이다. 방법(1020)은 서로 다른 온도 체제(regime)에서 실행되는 두 단계를 가진다: 제1 스테이지 그룹(1110-1116)은 PDD가 제1 온도(T1)에서 작동할 때 실행되고, 제2 스테이지 그룹(1120-1126)은 PDD가 제1 온도보다 높은 제2 온도(T2)에서 작동할 때 실행된다. 제1 온도 및 제2 온도의 도(degree)는 상이한 실시예에서 또는 방법(1200)의 상이한 인스턴스에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 온도 차이는 적어도 5℃일 수 있고; 적어도 10℃; 적어도 20℃; 적어도 40℃; 적어도 100℃ 등일 수 있다. 특히, 방법(1020)은 훨씬 더 작은 온도 차이(예를 들어, 1℃ 미만)에서 효과적일 수 있다. 제1 온도 및 제2 온도 각각은 온도 범위(예를 들어, 0.1℃; 1℃; 5℃, 또는 그 이상에 걸쳐 있음)로서 구현될 수 있음에 유의한다. 제2 온도 범위의 임의의 온도는 제1 온도 범위의 임의의 온도보다 높다(예를 들어, 앞서 언급한 범위만큼). 방법(2000)은 위에서 논의된 임의의 PDD(1300, 1600 등)에서 선택적으로 실행될 수 있다. 방법(1020)은 전술한 다양한 PDD의 임의의 구성요소에 대해 위에서 논의된 임의의 동작 또는 기능을 실행하는 것을 포함할 수 있고, 방법(1020)의 PDD는 전술한 임의의 하나 이상의 PDD에 대해 위에서 논의된 하나 이상의 구성요소의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
PDD가 제1 온도(제1 온도 범위일 수 있음)에서 작동할 때 수행되는 스테이지를 참조하면: 스테이지(2110)는 PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 DC에 기초하여 제1 제어 전압을 결정하는 것을 포함한다. 스테이지(2112)는 PDD의 액티브 PS의 적어도 하나의 액티브 PD에 결합된 제1 VCCC에 제1 제어 전압을 제공함으로써, 제1 VCCC가 액티브 PS에 제1 DC 카운터(countering) 전류를 부과하게 하는 것을 포함한다. 스테이지(2114)는 (a) PDD의 FOV 내의 객체에서 발생하는 액티브 PD의 광 충돌, 및 (b) 액티브 PD에 의해 생성된 DC에 응답하여, 액티브 PD에 의해 제1 검출 전류를 생성하는 것을 포함한다. 스테이지(2116)는 제1 검출 전류 및 제1 DC 카운터 전류에 응답하여, 크기가 제1 검출 전류보다 작은 제1 검출 신호를 액티브 PS에 의해 출력함으로써, 제1 검출 신호에 대한 DC의 영향을 보상하는 것을 포함한다. 방법(1020)은 또한 PDD의 복수의 PS(및 선택적으로, 이들 모두)로부터의 복수의 제1 검출 신호에 기초하여, PDD의 FOV의 적어도 하나의 제1 이미지를 생성하는 선택적 스테이지(2118)를 포함할 수 있다. 스테이지(2118)는 PDD가 제1 온도에 있거나, 추후 스테이지에 있을 때 실행될 수 있다.
PDD가 제2 온도(제2 온도 범위일 수 있음)에서 작동할 때 수행되는 단계를 참조하면: 스테이지(2120)는 PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 DC에 기초하여 제2 제어 전압을 결정하는 것을 포함한다. 스테이지(2122)는 제2 제어 전압을 제1 VCCC에 제공함으로써, 제1 VCCC가 액티브 PS에서 제2 DC 카운터 전류를 부과하게 하는 것을 포함한다; 스테이지(2124)는 (a) 객체에서 발생하는 액티브 PD의 광 충돌, 및 (b) 액티브 PD에 의해 생성된 DC에 응답하여, 액티브 PD에 의해 제2 검출 전류를 생성하는 것을 포함한다. 스테이지(2126)는 제2 검출 전류 및 제2 DC 카운터 전류에 응답하여, 크기가 제2 검출 전류보다 작은 제2 검출 신호를 액티브 PS에 의해 출력함으로써, 제2 검출 신호에 대한 DC의 영향을 보상하는 것을 포함한다. 제2 DC 카운터 전류의 크기는 제1 DC 카운터 전류의 크기보다 크며, 1보다 큰 비율일 수 있다. 예를 들어, 상기 비율은 적어도 2배 또는 훨씬 더 높을 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3 또는 그 이상). 방법(1020)은 또한 PDD의 복수의 PS(및 선택적으로, 이들 모두)로부터의 복수의 제2 검출 신호에 기초하여, PDD의 FOV의 적어도 하나의 제2 이미지를 생성하는 선택적 단계(2128)를 포함할 수 있다. 스테이지(2128)는 PDD가 제2 온도에 있거나, 추후 스테이지에 있을 때 실행될 수 있다.
선택적으로, 제1 DC 카운터 전류가 생성되는 제1 시간(t1) 동안 액티브 PD에 충돌하는 객체로부터의 제1 방사 레벨(L1)은 제2 DC 카운터 전류가 생성되는 제2 시간(t2) 동안 액티브 PD에 충돌하는 객체로부터의 제2 방사 레벨(L2)과 실질적으로 동일하고, 여기서 제2 검출 신호의 크기는 제1 검출 신호의 크기와 실질적으로 동일하다. 선택적으로, 본 발명의 PDD는 특정 작동 온도(예를 들어, 1, 2 또는 그 이상)에서 PD에서 발생되는 DC의 레벨보다 상당히 낮은 신호 레벨을 검출하는 데 사용될 수 있음에 유의한다. 따라서, 방법(1020)은 2개의 상이한 온도에서 유사한 레벨의 출력 신호를 발행하는 데 사용될 수 있고, 여기서 DC는 검출 신호보다 2배 이상의 크기이고, 서로 상당히 다르다(예를 들어, 팩터×2, ×10)
선택적으로, 제1 제어 전압의 결정 및 제2 제어 전압의 결정은 레퍼런스 PD와 레퍼런스 전압-제어 전류 회로(이는 레퍼런스 PD에 연결됨) 사이에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 제어-전압 생성 회로에 의해 실행된다.
선택적으로, 방법(1020)은 액티브 PD 상의 바이어스에 대응하여 레벨이 결정되는 제1 입력 전압을 증폭기의 다른 입력에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(1020)은 레퍼런스 PD에 대한 바이어스가 액티브 PD에 대한 바이어스와 실질적으로 동일하도록, 제1 입력 전압을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(1020)은 PDD의 복수의 레퍼런스 PD의 상이한 DC에 기초하여 제1 제어 전압 및 제2 제어 전압을 결정하는 것을 포함할 수 있고, 제1 제어 전압을 제공하는 단계는 상이한 DC를 갖는 PDD의 복수의 액티브 PD 중 적어도 하나의 액티브 PD에 각각 결합되는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로에 동일한 제1 제어 전압을 제공하는 것을 포함하고, 제2 제어 전압을 제공하는 단계는 복수의 액티브 PD가 상이한 DC를 가질 때, 동일한 제2 제어 전압을 복수의 제1 전압-제어 전류 회로에 제공하는 것을 포함한다.
선택적으로, 상이한 액티브 PD는 동시에 상이한 레벨의 DC를 생성하고, 동시에 상이한 레퍼런스 PD는 상이한 레벨의 DC를 생성하고, 제어-전압 생성 회로는 제2 PD의 상이한 DC의 평균화에 기초하여 동일한 제어 전압을 상이한 액티브 PD에 제공한다. 선택적으로, 방법(1020)은 전용 광학장치를 사용하여 FOV로부터의 광을 PDD의 복수의 액티브 PS로 지향하게 하고, FOV로부터의 광이 PDD의 복수의 레퍼런스 PD에 도달하는 것을 방지하는 것을 포함할 수 있다.
도 22는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 PDD를 테스트하기 위한 방법(2200)을 도시하는 흐름도이다. 예를 들어, 테스트는 앞서 언급한 PDD 중 임의의 PDD에 의해 구현될 수 있다. 즉, DC의 영향을 줄이는 데 유용하다고 위에서 설명한 것과 동일한 회로 및 아키텍처가 상이한 PS의 검출 경로를 실시간으로 테스트하기 위해 추가로 사용될 수 있다. 선택적으로, PDD가 작동 모드에 있는 동안(즉, 테스트 모드에 있지 않음), 테스트가 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 일부 PS는 FOV로부터의 주변 광에 노출되는 동안, 및 심지어 동일한 PDD의 다른 PS가 FOV의 실제 이미지를 캡처하는 경우에도(DC에 대한 보상이 있거나 없는 경우), 테스트될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 방법(2200)은 다른 유형의 PDD에서도 선택적으로 구현될 수 있음에 유의한다. 또한, 방법(2200)은 전술한 PDD에 대해 위에서 논의된 것과 유사한 회로 또는 아키텍처를 사용하여 선택적으로 구현될 수 있지만, PD가 높은 DC를 특징으로 하지 않고, DC 감소가 필요하지 않거나 수행되지 않는 경우에도 수행될 수 있음에 주목한다. 방법(2200)은 단일 PS에 적용되는 것으로 설명되지만, PDD의 일부 또는 모든 PS에 적용될 수 있다.
방법(2200)의 스테이지(2210)는 제어-전압 생성 회로의 증폭기의 제1 입력에 제1 전압을 제공하는 것을 포함하고, 여기서 증폭기의 제2 입력은 레퍼런스 PD 및 증폭기의 출력 전압에 응답하여 제어되는 레벨로 전류를 공급하는 제2 전류 회로에 연결되고; 이로써 증폭기가 PDD의 PS의 제1 전류 회로에 대한 제1 제어 전압을 생성하게 한다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 증폭기는 증폭기(1318) 또는 증폭기(1718)일 수 있고, PS는 PS(1310) 또는 PS(1310')일 수 있다. 제1 전압이 제1 입력에 제공될 수 있는 예는 아래에서 논의된다.
방법(2200)의 스테이지(2220)는 제1 전류 회로에 의해 생성된 전류 및 PS의 PD에 의해 생성된 전류에 응답하여, PS에 의해 생성된 PS의 제1 출력 신호를 판독하는 것을 포함한다.
방법(2200)의 스테이지(2230)는 상기 제1 입력과 상이한 제2 전압을 증폭기의 제1 입력에 제공함으로써, 증폭기가 제1 전류 회로에 대한 제2 제어 전압을 생성하게 하는 것을 포함한다. 제공될 수 있는 이러한 제2 전압의 예는 아래에서 논의된다.
방법(2200)의 스테이지(2240)는 제1 전류 회로에 의해 생성된 전류 및 PS의 PD에 의해 생성된 전류에 응답하여, PS에 의해 생성된 PS의 제2 출력 신호를 판독하는 것을 포함한다.
방법(2200)의 스테이지(2250)는 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 것을 포함하고, 여기서 검출 경로는 PS 및 PS와 관련된 판독 회로를 포함한다. 제1 전압과 제2 전압의 상이한 조합을 사용하는 동안 어떤 유형의 결함이 검출될 수 있는지에 대한 예가 아래에서 논의된다.
제1 예는 (예를 들어, 실제 검출 레벨에 관계없이, VCCS에 의해 PS의 커패시턴스에 매우 높은 전류를 제공함으로써) PS를 포화시키려고 시도하기 위해 제1 전압 및 제2 전압 중 적어도 하나의 전압을 사용하는 것을 포함한다. PS를 포화시키지 못하는 경우(예를 들어, 흰색이 아닌(완전히 검은색 또는 하프톤일 수 있음) 검출 신호를 수신하는 경우)는 관련 PS 또는 판독 경로의 추가 구성 요소(예를 들어, PS 증폭기, 샘플러, 아날로그-대-디지털 변환기)에 문제가 있음을 나타낸다. 그러한 경우에, 제1 전압(예를 들어)은 증폭기로 하여금 제1 전류 회로가 PS를 포화시키도록 하는 제어 전압을 생성하게 한다. 그러한 경우에, 스테이지(2250)에서 결함 상태를 결정하는 것은 제1 출력 신호가 포화되지 않는다는 결정에 응답하여 그 PS의 검출 경로가 오작동하고 있다고 결정하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 제2 전압은 PS의 포화를 야기하지 않는 것일 수 있다(예를 들어, 이는 DC만을 보상하기 위해, 커패시턴스에 의해 전류가 수집되는 것을 방지하기 위해, VCCS가 전류를 발행하지 않게 함). PS 검출 경로가 포화될 수 있는지 여부를 실시간으로 테스트할 수 있다.
PDD를 테스트하기 위해 하나 이상의 PS를 포화시키려고 시도할 때, 방법(2200)은 PS가 PDD의 제1 검출 프레임 동안 주변 광에 노출되는 동안 제1 출력 신호를 판독하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 오작동 상태의 결정은 제1 프레임보다 빠른 제2 검출 프레임에서 포화된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여, 검출 경로가 동작하는 것으로 미리 결정한 후에, 실행된다. 예를 들어, PDD의 진행 중인 동작 동안(예를 들어, 비디오를 캡처하는 동안), 동일한 동작 동안에 이전 시간에 성공한 후, 포화 시도가 실패한 경우, PS는 결함이 있거나 사용 불가능한 것으로 결정될 수 있다. 테스트는 비디오의 일부가 아닌 테스트 프레임에서 또는 포화 출력이 무시되는 개별 PS에 대해 실행될 수 있다(예를 들어, 이러한 PS에 대응하는 픽셀 색상은 테스트되는 프레임의 인접 픽셀에서 완료될 수 있고, 이들 PS를 이러한 프레임의 기간 동안 사용 불가능한 것으로 취급함).
제2 예는 제1 전압 및 제2 전압 중 적어도 하나의 전압을 사용하여 PS를 고갈(deplete)시키려고 시도하는 것을 포함한다(예를 들어, 실제 검출 레벨에 관계없이, VCCS에 의해 PS의 커패시턴스에 대해 매우 높은 반대 전류를 제공함으로써). PS를 고갈시키지 못하는 경우(예를 들어, 검은색이 아닌(완전히 흰색 또는 하프톤일 수 있음) 검출 신호를 수신함)는 관련 PS 또는 판독 경로의 추가 구성 요소에 문제가 있음을 나타낸다. 그러한 경우에, 제2 전압(예를 들어)은 증폭기로 하여금 제1 전류 회로가 PS에 충돌하는 FOV 광으로부터 발생하는 검출 신호를 고갈시키게 하는 제2 제어 전압을 생성하게 한다. 그러한 경우, 스테이지(2250)에서 결함 상태를 결정하는 것은 제2 출력 신호가 고갈되지 않는다는 결정에 응답하여, 검출 경로가 오작동하고 있다고 결정하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 경우, 제1 전압은 PS의 포화를 야기시키지 않는 것일 수 있다(예를 들어, 이는 DC만 보상하기 위해, 커패시턴스를 포화시키기 위해 VCCS가 전류를 발행하지 않게 함). PS 검출 경로가 고갈될 수 있는지 여부를 테스트하는 것은 실시간으로 구현될 수 있다(예를 들어, 각각의 PS를 어둡게 하지 않고서).
PDD를 테스트하기 위해 하나 이상의 PS를 고갈시키려고 시도할 때, 방법(2200)은 PDD의 제3 검출 프레임 동안 PS가 주변 광에 노출되는 동안, 제2 출력 신호를 판독하는 것을 포함할 수 있고, 오작동 상태의 결정은 제3 프레임보다 빠른 제4 검출 프레임에서 고갈된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여, 검출 경로가 동작하는 것으로 미리 결정한 후에, 실행된다.
다중 제어 전압의 인가를 사용하여 PS를 테스트하기 위해 상기 방법(2200)을 사용하는 또 다른 예는 2개 이상의 전압을 인가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 3개 이상의 서로 다른 전압이 서로 다른 시간에(예를 들어, 서로 다른 프레임에서) 증폭기의 제1 입력에 제공될 수 있다. 그러한 경우에, 스테이지(2250)는 제1 출력 신호, 제2 출력 신호, 및 증폭기의 제1 입력에 인가된 제3 또는 그 이상의 전압에 대응하는 적어도 하나의 다른 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3개, 4개 또는 그 이상의 서로 다른 전압이 서로 다른 시간에 증폭기의 제1 입력에 인가될 수 있고(예를 들어, 단조롭게는, 모든 전압이 이전 전압보다 큼), 다른 전압에 대응하는 동일한 PS의 출력 신호는 인가된 전압에 대응하여 테스트될 수 있다(예를 들어, 출력 신호의 크기도 단조롭게 증가함).
PDD의 일부(또는 그 전부)를 테스트하기 위해 상기 방법(2200)을 사용하는 예는 각각의 PS의 증폭기에 제공되는 적어도 2개의 상이한 전압에 응답하는 적어도 2개의 출력 신호를 PDD의 복수의 PS 각각으로부터 판독하는 단계, 각각의 제1 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 PS에 의해 출력되는 적어도 2개의 출력 신호에 기초하여, 적어도 하나의 제1 검출 경로에 대해 작동 상태를 결정하는 단계, 및 각각의 제2 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 다른 PS에 의해 출력되는 적어도 2개의 출력 신호에 기초하여, 적어도 하나의 제2 검출 경로에 대해 오작동 상태를 결정하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 방법(2200)은 PDD가 주변 광으로부터 차폐될 때, 및/또는 지정된 조명(예를 들어, 알려진 크기의 전용 내부 조명 등)을 사용할 때, 지정된 테스트 타겟(예를 들어, 검은색 타겟, 흰색 타겟)과 조합하여 실행될 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.
선택적으로, 스테이지(2250)는 검출 경로의 작동 상태를 결정하는 것으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 이는 PDD의 상이한 PS를 동일한 레벨으로 캘리브레이션하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어, PDD가 어두워지고 전용 타겟이나 전용 조명이 없는 경우, 서로 다른 PS의 VCCS에 동일한 전압이 인가될 수 있다. 서로 다른 PS의 상이한 출력 신호는 (증폭기의 제1 입력에 인가되는 하나 이상의 상이한 전압에서) 서로 비교될 수 있다. 그러한 비교에 기초하여, 보정 값이 상이한 PS 검출 경로에 할당될 수 있으며, 이는 유사한 조명 레벨(이는 서로 다른 PS의 VCCS에 의해 포함된 전류에 의해 시뮬레이션됨)에 대해 유사한 출력 신호를 제공할 것이다. 예를 들어, 캘리브레이션된 출력 신호를 PS B로 출력하기 위해서는 PS A의 출력에 1.1을 곱해야 한다고 결정할 수 있다. 캘리브레이션된 출력 신호를 PS D로 출력하기 위해서는 델타 신호(ΔS)가 PS C의 출력에 첨가되어야 한다고 결정할 수 있다. 비선형 보정도 구현될 수 있다.
도 23은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 EO 시스템(2300)을 도시한다. EO 시스템(2300)은 적어도 하나의 PDA(2302) 및 PDA의 PS(2306)로부터의 검출 신호를 처리하도록 동작하는 적어도 하나의 프로세서(2304)를 포함한다. EO 시스템(2300)은 카메라, 분광기, LIDAR 등과 같이 검출을 위해 PDA를 사용하는 임의 유형의 EO 시스템일 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(2304)는 적어도 하나의 PDA(2302)의 PS(2306)에 의해 출력된 검출 신호를 처리하도록 구성되고 작동한다. 이러한 처리는 예를 들어, 신호 처리, 이미지 처리, 분광 분석 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)에 의한 처리 결과는 유형 메모리 모듈(2308)(저장 또는 추후 검색을 위함), 예를 들어 통신 모듈(2310)을 통한 외부 시스템(예를 들어, 원격 서버 또는 EO 시스템이 설치된 차량의 차량 컴퓨터), 이미지 또는 다른 유형의 결과(예를 들어, 그래프, 분광기의 텍스트 결과)를 표시하기 위한 디스플레이(2312), 다른 유형의 출력 인터페이스(예를 들어, 스피커, 도시되지 않음) 중 하나 이상에 제공될 수 있다.
EO 시스템(2300)은 EO 시스템(2300)(예를 들어, PDA(2302) 및 선택적 광원(2316))의 작동 파라미터를 제어하는 컨트롤러(2314)를 포함할 수 있다. 특히, 컨트롤러(2314)는 EO 시스템(2300)에 의해 상이한 프레임의 캡처에 사용되는 프레임 노출 시간(FET)을 설정(또는 달리 변경)하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)에 의한 광 검출 신호의 처리 결과는 컨트롤러(2314)의 동작을 수정하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(2314) 및 프로세서(2304)는 단일 처리 유닛으로 구현될 수 있다.
EO 시스템(2300)은 EO 시스템(2300)의 FOV에 광을 방출하도록 작동하는 적어도 하나의 광원(2316)을 포함할 수 있다. 광원(2316)의 광 중 일부는 FOV의 객체에서 반사되고, PS(2306)(적어도 EO 시스템(2300)의 FET 동안 외부 광에 노출되는 감광 영역에 위치하는 PS)에 의해 캡처된다. (광원 광의 반사, 다른 광원의 반사 또는 방사 광이든) FOV에 있는 객체로부터 도달하는 광의 검출은 객체의 이미지 또는 다른 모델(예를 들어, 3-차원 깊이 맵)을 생성하는 데 사용된다. 임의의 적절한 유형의 광원이 사용될 수 있다(예를 들어, 펄스형, 연속형, 변조형, LED, 레이저). 선택적으로, 광원(2316)의 작동은 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(2314))에 의해 제어될 수 있다.
EO 시스템(2300)은 상이한 PS(2306)로부터 전기 검출 신호를 판독하기 위한 판독 회로(2318)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(2318)는 프로세서(2304)에 제공하기 전에, 전기 검출 신호를 처리할 수 있다. 이러한 전처리에는 예를 들어, 증폭, 샘플링, 가중, 노이즈 제거, 보정, 디지털화, 캡핑, 레벨 조정, DC 보상 등이 포함될 수 있다.
또한, EO 시스템(2300)은 다음과 같은 선택적 구성 요소들(이들에 제한되지 않음) 중 임의의 하나 이상과 같은 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.
a. PS(2306) 또는 판독 회로(2318)에 의해 출력된 검출 신호(예를 들어, 상이한 경우), 및 상기 검출 신호를 처리함으로써 프로세서(2304)에 의해 생성된 검출 정보 중 적어도 하나를 저장하기 위한 메모리 모듈(2308).
b. 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터 등과 같은 전원(2320). 전원(2320)은 PDA, 판독 회로(2318) 또는 EO 시스템(2300)의 임의의 다른 구성요소에 전력을 제공할 수 있다.
c. 하드 케이싱(2322)(또는 임의의 다른 유형의 구조적 지지체).
d. (구현된 경우) 광원(2316)의 광을 FOV로 지향하게 하거나 FOV로부터 PDA(2300)로 광을 지향하게 하기 위한 광학장치(2324). 이러한 광학장치는 예를 들어, 렌즈, 미러(고정형 또는 이동형), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다.
선택적으로, PDA(2302)는 (예를 들어, PD의 유형 및 특성의 결과로서) 비교적 높은 DC를 특징으로 할 수 있다. 높은 레벨의 DC로 인해, 검출 전하가 수집되는 개별 PS(2306)의 커패시턴스는 DC에 의해 (부분적으로 또는 완전히) 포화될 수 있고, (FOV로부터 도달하는) 주변 광의 검출을 위한 동적 범위를 거의 또는 전혀 남기지 않는다. 판독 회로(2318) 또는 프로세서(2304)(또는 시스템(2300)의 임의의 다른 구성요소)가 검출 신호로부터 DC 레벨을 빼더라도(예를 들어, 검출 데이터를 정규화하기 위해), 검출을 위한 동적 범위의 부족은 각각의 PS(2306)의 결과적인 검출 신호가 과도하게 포화되어, 주변 광 레벨을 의미있게 검출하기에는 불충분하다는 것을 의미한다. 각각의 PS(2306)의 PD로부터의 DC는 프레임 노출 시간(FET)의 전체 기간 동안 커패시턴스(실제 커패시터 또는 PS의 다른 구성요소의 기생 또는 잔류 커패시턴스이든)에 축적되기 때문에, 상이한 커패시턴스를 갖는 서로 다른 PS(2306)는 상이한 FET에서 사용할 수 없게 될 수 있다.
도 24는 본 명세서에 개시된 주제에 따라 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 방법(2400)의 예를 도시한다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 방법(2400)은 EO 시스템(2300)에 의해(예를 들어, 프로세서(2304), 컨트롤러(2314) 등에 의해) 실행될 수 있다. 그러한 경우에, 방법(2400)의 PDA는 선택적으로, PDA(2302)일 수 있다. 방법(2400)에서 논의된 다른 관련 구성요소는 EO 시스템(2300)의 대응 구성요소일 수 있다. 방법(2400)은 PDA가 그 PD로부터 전하를 수집하는 동안 프레임 FET를 변경하는 것을 포함한다. 이러한 수집된 전하는 PD에 충돌하는 광에 대한 광전 응답, 및 PD의 DC와 같은 검출 시스템 내의 고유 소스로부터 기인할 수 있다. 예를 들어, 충돌하는 광이 카메라 또는 PDA가 설치된 또 다른 EO 시스템의 FOV로부터 도달하고 있을 수 있다. FET는 전자적으로, 기계적으로, 플래시 조명 지속 기간 등을 제어함으로써 또는 이들의 조합으로 제어될 수 있다.
FET는 PDA가 PDA의 PS에서 광전 활동으로 인해 발생하는 전하를 수집하는 동안의 복수의 개별 기간의 합인 전체 FET일 수 있음에 유의한다. 상이한 개별 기간 동안 수집된 전하가 합산되어, 전체 FET가 단일 출력 신호를 제공하기 위해 사용된다. 이러한 전체 FET는 예를 들어, 펄스형 조명 또는 (예를 들어, FOV에서 밝은 반사에 의해 포화되는 것을 방지하기 위해) 짧은 시간 동안 수집이 보류되는 액티브 조명과 함께 사용될 수 있다. 선택적으로, 일부 프레임에서는 단일 FET가 사용될 수 있지만, 다른 프레임에서는 전체 FET가 사용될 수 있다.
방법(2400)의 스테이지(2402)는 제1 프레임 정보를 수신하는 것을 포함한다. 제1 프레임 정보는 PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제1 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제1 프레임 검출 레벨을 포함한다. 제1 프레임 정보를 수신하는 것은 PDA의 모든 PS로부터 판독 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 일부 PS는 결함이 있어 신호를 제공하지 않을 수 있다. 예를 들어, 관심 영역(ROI)이 프레임에 대해 정의될 수 있고, 이는 데이터가 프레임의 일부로부터만 수집되어야 함을 나타낼 수 있다.
프레임 정보는 각각의 PS에 대한 검출 레벨(또는 레벨들)(예를 들어, 0과 1024 사이, 3개의 RGB 값, 각각 0과 255 사이 등), 스칼라, 벡터 또는 기타 형식과 같은 임의의 포맷으로 제공될 수 있다. 선택적으로, (제1 프레임 또는 나중 프레임에 대한) 프레임 정보는 선택적으로 간접적인 방식으로 검출 신호를 나타낼 수 있다(예를 들어, 주어진 PS의 검출 레벨에 관한 정보는 인접 PS의 레벨 또는 이전 프레임에서 동일한 PS의 레벨과 관련하여 제공될 수 있다). 프레임 정보는 또한 추가 정보(예를 들어, 일련 번호, 타임스탬프, 작동 상태)를 포함할 수 있고, 이들 중 일부는 방법(2400)의 다음 단계에서 사용될 수 있다. (방법(2400)의 나중 스테이지에서 수신되는 이후 프레임에 대한 프레임 정보뿐만 아니라) 제1 프레임 정보는 PDA 또는 하나 이상의 중간 장치(예를 들어, 중간 프로세서, 메모리 장치, 데이터 수집기)로부터 직접 수신될 수 있다. (방법(2400)의 나중 스테이지에서 수신되는 이후 프레임에 대한 프레임 정보뿐만 아니라) 제1 프레임 정보는 각각의 PS에 의해 획득된 원시 데이터를 포함할 수 있지만, 전처리된 데이터(예를 들어, 가중, 노이즈 제거, 수정, 디지털화, 캡핑, 레벨 조정 후의 데이터)도 포함할 수 있다.
스테이지(2404)는 PDD의 복수의 PS 중 적어도 2가지 유형의 PS를 제1 FET에 기초하여 식별하는 것을 포함한다.
a. 제1 프레임에 대해 사용 가능한 PS의 그룹("사용 가능한 PS의 제1 그룹"이라 함), 이는 PDA의 PS 중 적어도 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS를 포함함.
b. 제1 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 그룹("사용 불가능한 PS의 제1 그룹"이라고 함), 이는 PDA의 PS 중 적어도 제4 PS를 포함함.
스테이지(2404)의 식별은 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 선택적으로, 복수의 PS 각각을 전술한 적어도 2개의 그룹 중 하나에 속하는 것으로 식별하는 것을 (명시적으로 또는 암시적으로) 포함할 수 있다. 선택적으로, PDA (또는 ROI의 모든 PS와 같이 이전에 결정된 하위 그룹의)의 각 PS는 제1 프레임에 대해 2개의 복수(즉, 사용 가능한 PS의 제1 그룹 또는 사용 불가능한 PS의 제1 그룹) 중 하나에 할당될 수 있다. 그러나, 반드시 그런 것은 아니며, 일부 PS는 일부 프레임에 대해 할당되지 않거나, 다른 복수(예를 들어, 각각의 제1 프레임의 FET 이외의 파라미터, 예를 들어 수집된 데이터에 기초하여 사용가능성이 결정되는 복수의 PS)에 할당될 수 있다. 선택적으로, 스테이지(2404)의 식별은 어떤 PS가 제1 복수의 PS 중 하나에 자격이 있는지 결정하는 것과, PDA(또는 ROI와 같은 사전결정된 서브그룹)의 나머지 PS를 자동으로 2개의 다른 복수의 PS에 속하는 것으로 간주하는 것을 포함할 수 있다.
스테이지(2404)(및 스테이지(2412 및 2402))의 식별은 각각의 PS의 실제 사용가능성 상태를 반영할 필요가 없다는 점에 유의한다(또한, 일부 실시예에서는 이러한 실제 사용가능성 상태를 반영한다). 예를 들어, 제1 그룹의 사용 불가능한능한 PS에 포함된 PS는 제1 프레임의 조건에서 사실상 사용가능하고, 제1 그룹의 사용 불가능한능한 PS에 포함된 또 다른 PS는 제1 프레임의 조건에서 사실상 사용 불가능한능할 수 있다. 스테이지(2404)의 식별은 PDA의 PS의 사용가능성에 대한 추정 또는 평가이며, 각각의 PS의 테스트가 아니다. 또한, PS의 사용가능성은 다른 팩터에 기초하여 스테이지(2404)에서 추정될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 결함 PS의 기존 목록을 사용하여, 이러한 PS를 사용 가능한 것으로 간주하지 않도록 제외할 수 있다.
스테이지(2404)(및 스테이지(2412 및 2420))의 식별은 복합 FET에 기초하여 사용 불가능한 PS의 그룹들 중 적어도 하나(및/또는 사용 가능한 PS의 그룹들 중 적어도 하나)를 식별하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 상기 복합 FET에는 PDD의 샘플링 PS가 광에 민감한 기간의 합이 포함되며, 샘플링 PS가 광에 민감하지 않은 기간 사이의 중간 시간은 제외된다.
(스테이지(2404, 2412 및/또는 2420)에서) 사용 가능한 PS의 그룹 및 사용 불가능한 PS의 그룹의 식별은 부분적으로 온도 평가에 기초할 수 있다. 선택적으로, 방법(2400)은 온도 평가를 결정하기 위해 하나 이상의 프레임(특히, 이전 프레임 또는 현재 프레임)을 처리하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 다크 프레임에서 또는 FOV를 이미지화하지 않는 어두운 PS에서 DC 레벨을 평가함으로써). 방법(2400)은 나중 프레임에 대해 사용 가능한 PS의 그룹 및 사용 불가능한 PS의 그룹을 식별하기 위해 온도 평가를 사용하는 것을 포함할 수 있는데, 이는 각각의 이미지의 생성에 영향을 미친다. 관련 FET 기간 동안 DC가 주어진 PS의 동적 범위를 얼마나 빨리 포화시킬 것인지를 평가하는 데 온도 평가가 사용될 수 있다. 선택적으로, 온도 평가는 PS의 사용가능성 모델(예를 들어, 방법(2500)에서 생성된 모델)을 활용하기 위한 파라미터로 사용될 수 있다.
스테이지(2402)의 실행 타이밍에 대한 스테이지(2404)의 실행 타이밍은 변할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2404)는 선택적으로 스테이지(2402)가 실행되기 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에, 또는 이후에 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2404)는 선택적으로 프로세서(2304) 및/또는 컨트롤러(2314)에 의해 수행될 수 있다. 스테이지(2404)의 식별을 실행하기 위한 방법의 예는 방법(1100)과 관련하여 논의된다.
스테이지(2406)는 사용 불가능한 PS의 제1 그룹의 제1 프레임 검출 레벨을 무시하고, 사용 가능한 PS의 제1 그룹의 제1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제1 이미지를 생성하는 단계를 포함한다. 제1 이미지의 생성은 임의의 적합한 방법을 사용하여 구현될 수 있고, 선택적으로 추가 정보(예를 들어, 액티브 조명 유닛으로부터 수신된 데이터, 사용되는 경우 습도 센서와 같은 추가 센서로부터의 데이터)에 기초할 수 있다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 스테이지(2406)는 프로세서(2304)에 의해 선택적으로 구현될 수 있다는 점에 유의한다. 상기 생성하는 단계는 신호를 처리하는 여러 스테이지들(예를 들어, 가중, 노이즈 제거, 보정, 디지털화, 캡핑, 레벨 조정 등)을 포함할 수 있다.
사용 불가능한 PS의 제1 그룹과 관련하여, 제1 이미지를 생성할 때 해당 PS에 의한 검출 데이터가 무시되기 때문에, 대체 값은 (필요한 경우) 임의의 적절한 방식으로 계산될 수 있음에 유의한다. 이러한 대체 값은 예를 들어, 동일한 PS(예를 들어, 이전 프레임에서 사용 가능한 경우) 또는 하나 이상의 인접 PS(예를 들어, 장면의 운동학적 분석에 기초함) 중 어느 하나의 이전 프레임의 이전 검출 레벨에 기초하여, 또는 인접 PS의 제1 프레임 검출 레벨에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 위너(Wiener) 필터, 로컬 평균 알고리즘, 비-로컬 평균 알고리즘 등이 사용될 수 있다. PDA 데이터에 기초한 이미지의 생성을 참조하면, 선택적으로 이러한 이미지(예를 들어, 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지) 중 임의의 하나 이상을 생성하는 것은 각각의 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 식별된 적어도 하나의 다른 인접 PS의 검출 레벨에 기초하여, 각각의 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체 값을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 논-바이너리 사용가능성 평가가 사용되는 경우(및 단계(2404, 2412 및/또는 2420)의 식별은 적어도 하나의 PS를 부분적 사용가능성의 PS의 제3 그룹에 속하는 것으로 식별하는 것을 포함함), 부분적으로 사용 가능한 것으로 식별된 각각의 그러한 PS의 검출 신호는 인접 PS의 검출 신호 및/또는 다른 시간에서의 사용 가능한(또는 부분적으로 사용 가능한) 동일한 PS의 다른 판독값과 결합 또는 평균화될 수 있다.
선택적으로, (나중에 제2 이미지 및 제3 이미지의 생성뿐만 아니라) 제1 이미지를 생성하는 것은 또한 임의의 다른 이유로 결함이 있거나, 작동하지 않거나, 사용 불가능한 것으로 결정되거나, 또는 결함이 있거나, 작동하지 않거나, 사용 불가능한 검출 경로를 갖는 것으로 결정된 PS의 출력을 무시하는 것을 포함할 수 있다. 방법(2400)과 결합될 수 있는 방법(2200)과 관련하여, PS 및/또는 관련된 검출 경로의 결함을 검출하기 위한 추가적인 방법에 대한 예가 논의된다. 방법(2200)의 출력은 스테이지(2406, 2414 및 2422)에서의 생성을 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우, 방법(2200)은 주기적으로 실행될 수 있고 이미지 생성을 위한 출력을 제공하거나, 방법(2400)의 이미지 생성에 사용되도록 특별히 트리거될 수 있다.
선택적으로, (나중에 제2 이미지 및 제3 이미지의 생성뿐만 아니라) 제1 이미지를 생성하는 것은 PS가 사용 가능한 것으로 식별되었을 때 측정된 PS의 검출 레벨에 기초하여, 각각의 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체 값을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 정보는 인접 PS의 정보와 함께 사용될 수도 있고, 독립적으로 사용될 수도 있다. 다른 시간으로부터의 PS의 검출 레벨을 사용하는 것은 예를 들어, 이전 프레임으로부터의 검출 레벨을 고려하는 것(예를 들어 정지 장면에 대해), 하이 동적 범위 이미지(HDRI, High-dynamic-range image) 또는 다중 파장 합성 이미지(상이한 스펙트럼 필터를 사용하여 여러 장의 사진을 촬영한 다음 단일 이미지로 합성함)와 같은 합성 이미지의 생성에 사용되는 일련의 이미지 획득의 또 다른 스냅으로부터의 검출 정보를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
(PDA의 검출 데이터에 기초하여 생성된 임의의 다른 프레임에서 뿐만 아니라) 제1 이미지에서, 단일 픽셀은 단일 PS로부터의 검출 데이터 또는 PS들의 조합으로부터의 검출 데이터에 기초할 수 있음을 주목한다; 유사하게, 단일 PS로부터의 정보는 이미지 상의 하나 이상의 픽셀의 픽셀 컬러를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, Θ×Φ 도의 FOV는 X×Y PS에 의해 커버될 수 있고, 이미지에서 M×N 픽셀로 변환될 수 있다. 이들 M×N 픽셀 중 하나에 대한 픽셀 값은 하나 이상의 PS에 대한 Pixel-Value(i,j)=Σ(ap,s·DLp,s)의 합으로 계산될 수 있고, 여기서 DLp,s는 해당 프레임에 대한 PS(p,s)의 검출 레벨이고, ap,s는 특정 픽셀(i,j)에 대한 평균 계수이다.
스테이지(2406) 이후에, 제1 이미지는 외부 시스템(예를 들어, 스크린 모니터, 메모리 유닛, 통신 시스템, 이미지 처리 컴퓨터)에 제공될 수 있다. 제1 이미지는 하나 이상의 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 처리될 수 있다. 스테이지(2406) 이후에, 제1 이미지는 요구되는 대로 달리 처리될 수 있다.
스테이지(2402 내지 2406)는 연속 프레임이든 아니든, 광검출기 센서에 의해 캡처된 많은 프레임에 대해 여러 번 반복될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 이미지는 예를 들어, HDR(High Dynamic Range) 이미징 기술이 구현된 경우, 여러 프레임의 검출 레벨에 기초하여 생성될 수 있음에 유의한다. 다른 실시예에서, 제1 이미지는 단일 프레임의 제1 프레임 검출 레벨에 기초하여 생성된다. 스테이지(2402 및 2406)의 다중 인스턴스는 스테이지(2404)의 단일 인스턴스를 뒤따를 수 있다(예를 들어, 여러 프레임에 대해 동일한 FET를 사용하는 경우).
스테이지(2408)는 제1 프레임 정보를 수신한 후에 실행되며, 제1 FET보다 긴 제2 FET를 결정하는 것을 포함한다. 제2 FET를 결정하는 단계는 관련 PD의 노출 기간을 결정하는 것을 포함한다(예를 들어, 밀리초, 그 일부 또는 그 배수). 스테이지(2408)는 또한 추가적인 타이밍 파라미터(예를 들어, 노출을 위한 시작 시간)를 결정하는 것을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제1 FET보다 긴 제2 FET는 어떤 이유로든 선택될 수 있다. 이러한 이유는 예를 들어, 다음 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다: FOV의 전체 광도, FOV의 일부 광도, 브라케팅 기술 사용, HDR 촬영 기술 사용, 애퍼처 변경 등. 제2 FET는 상대적으로 낮거나(예를 들어, ×1.1배, ×1.5배), 몇 배 이상이거나(예를 들어, ×2, ×5) 또는 더 높은 값(예를 들어, ×20, ×100, ×5,000)이든, 임의의 비율로 제1 FET보다 길 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2408)는 선택적으로 컨트롤러(2314) 및/또는 프로세서(2304)에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 외부 시스템은 제1 FET를 결정하거나 EO 시스템(2300)(예를 들어, EO 시스템(2300)이 설치된 차량의 제어 시스템)에 의한 FET의 설정에 영향을 미칠 수 있다.
선택적으로, 스테이지(2408) 및 스테이지(2416) 중 적어도 하나는 외부 엔티티와 함께 새로운 FET(각각의 제2 FET 및/또는 제3 FET)를 공동 결정함으로써 대체될 수 있음에 유의한다. 이러한 외부 엔티티는 예를 들어, 외부 컨트롤러, 외부 프로세서, 외부 시스템일 수 있다. 선택적으로, 스테이지(2408) 및 스테이지(2416) 중 적어도 하나는 새로운 FET(각각의 제2 FET 및/또는 제3 FET)의 표시(indication)를 외부 엔티티로부터 수신함으로써 대체될 수 있음에 유의한다. FET의 표시는 명시적(예를 들어, 밀리초 단위의 기간) 또는 암시적(예를 들어, 애퍼처 개방 및/또는 노출 값(EV)의 변화 표시, FET에 대응하는 라이트닝(lighting) 기간의 변화 표시)일 수 있다. 선택적으로, 스테이지(2408) 및 스테이지(2416) 중 적어도 하나는 외부 엔티티로부터 예상 DC(또는 적어도 PS의 커패시턴스로 전달되는 DC의 일부(예를 들어, DC 완화 전략이 구현된 경우))에 대한 변화 표시를 수신함으로써 대체될 수 있다.
스테이지(2410)는 제2 프레임 정보를 수신하는 것을 포함한다. 제2 프레임 정보는 PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제2 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제2 프레임 검출 레벨을 포함한다. (제2 프레임 정보에 대한 검출 데이터가 수집되는 동안) 제2 프레임은 제1 프레임 바로 뒤에 뒤따를 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제1 프레임과 제2 프레임 사이의 하나 이상의 중간 프레임(있는 경우) 중 임의의 FET는 제1 FET, 제2 FET 또는 임의의 다른 FET(더 길거나 더 짧음)와 같을 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2410)는 선택적으로 프로세서(2304)에 의해(예를 들어, 판독 회로(2318)를 통해) 수행될 수 있다.
스테이지(2412)는 제2 FET, PDA의 다음의 적어도 2가지 유형의 PS에 기초하여 PDD의 복수의 PS를 식별하는 것을 포함한다:
a. 제2 프레임에 대해 사용 가능한 PS의 그룹("사용 가능한 PS의 제2 그룹"이라고 함), 이는 제1 PS를 포함한다.
b. 제2 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 그룹("사용 불가능한 PS의 제2 그룹"이라 함), 이는 제2 PS, 제3 PS 및 제4 PS를 포함한다.
즉, 사용 가능한 PS의 제1 그룹(즉, 제1 프레임에 대해 전술한 사용 가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 스테이지(2404)에서 식별된 제2 PS 및 제3 PS는 제2 프레임에 대해 더 긴 FET로 인하여, 스테이지(2412)에서 사용 불가능한 PS의 제2 그룹(즉, 제2 프레임에 대해 전술한 사용 불가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 식별된다. 스테이지(2412)의 식별은 스테이지(2404)와 관련하여 위에서 논의된 것 중 임의의 하나 이상과 같이 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 더 짧은 FET에 대해 사용 가능한 것으로 간주되었던 PS는 스테이지(2412)에서 다양한 이유로 더 긴 FET에 대해 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 그러한 PS가 PDA에서 PS의 평균 전하 저장 능력보다 낮은 전하 저장 능력(예를 들어, 커패시턴스)을 갖는 경우, 그러한 PS의 전하 저장 능력은 더 긴 집적 시간에 걸쳐 검출 신호 및 축적된 DC 모두에 대해 불충분한 것으로 간주될 수 있다. 충분한 동적 범위를 유지할 수 없기 때문에, 제1 FET에서 사용할 수 없게 된 모든 PS는 DC 레벨이 유지되는 경우(예를 들어, PD의 온도 및 바이어스가 변경되지 않은 경우), 더 긴 제2 FET 동안 사용 불가능한 것으로 식별된다.
스테이지(2412)는 스테이지(2408) 이후에 실행된다(스테이지(2408)의 출력에 기초하기 때문임). 스테이지(2410)의 실행 타이밍에 대한 스테이지(2412)의 실행 타이밍은 변할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2412)는 선택적으로 스테이지(2410)가 실행되기 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에, 또는 이후에 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2412)는 프로세서(2304)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 스테이지(2412)의 식별을 실행하기 위한 방법의 예는 방법(2500)과 관련하여 논의된다.
스테이지(2414)는 사용 불가능한 PS의 제2 그룹의 제2 프레임 검출 레벨을 무시하고, 사용 가능한 PS의 제2 그룹의 제2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제2 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 중요하게도, 스테이지(2414)는 제1 이미지의 생성에 그 출력이 사용되었던 적어도 2개의 PS의 출력(검출 레벨)을 무시하면서, 제2 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 이들 적어도 2개의 PS는 제1 프레임의 FET에 기초하여 사용 가능한 것으로 식별되고, 제1 이미지의 생성에 사용 가능한 것으로 식별된다(즉, 적어도 제2 PS 및 제3 PS). 제2 이미지의 생성은 제1 이미지의 생성과 관련하여 위에서 논의된 임의의 방법, 기술 및 변형을 포함하는 임의의 적합한 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 사용 불가능한 PS의 제2 그룹과 관련하여, 제2 이미지를 생성할 때 해당 PS에 의한 검출 데이터가 무시되기 때문에, 대체 값은 임의의 적절한 방식으로 계산될 수 있다(필요한 경우). 스테이지(2414)에 이어서, 제2 이미지는 외부 시스템(예를 들어, 스크린 모니터, 메모리 유닛, 통신 시스템, 이미지 처리 컴퓨터)에 제공될 수 있거나, 하나 이상의 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 처리될 수 있거나, 그렇지 않으면 요구되는 대로 처리될 수 있다.
스테이지(2410 내지 2414)는 연속 프레임이든 아니든, 광검출기 센서에 의해 캡처된 많은 프레임에 대해 여러 번 반복될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 이미지는 예를 들어, HDR 이미징 기술이 구현된 경우, 여러 프레임의 검출 레벨에 기초하여 생성될 수 있음에 유의한다. 다른 실시예에서, 제2 이미지는 단일 프레임의 제2 프레임 검출 레벨에 기초하여 생성된다. 스테이지(2410, 2414)의 다중 인스턴스는 스테이지(2412)의 단일 인스턴스를 뒤따를 수 있다(예를 들어, 여러 프레임에 대해 동일한 제2 FET를 사용하는 경우).
스테이지(2416)는 제2 프레임 정보를 수신한 후에 실행되며, 제1 FET보다 길고 제2 FET보다 짧은 제3 FET를 결정하는 것을 포함한다. 제3 FET를 결정하는 단계는 관련 PD의 노출 기간을 결정하는 것을 포함한다(예를 들어, 밀리초, 그 일부 또는 그 배수). 스테이지(2416)는 또한 추가적인 타이밍 파라미터(예를 들어, 노출을 위한 시작 시간)를 결정하는 것을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제3 FET는 스테이지(2408)에서 제2 FET를 결정하는 것과 관련하여 위에서 논의된 것과 같이, 임의의 이유로 선택될 수 있다. 제3 FET는 상대적으로 낮거나(예를 들어, ×1.1배, ×1.5배), 몇 배 이상이거나(예를 들어, ×2, ×5) 또는 더 높은 값(예를 들어, ×20, ×100, ×5,000)이든, 임의의 비율로 제1 FET보다 길 수 있다. 제3 FET는 상대적으로 낮거나(예를 들어, ×1.1배, ×1.5배), 몇 배 이상이거나(예를 들어, ×2, ×5) 또는 더 높은 값(예를 들어, ×20, ×100, ×5,000)이든, 임의의 비율로 제2 FET보다 짧을 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2416)는 선택적으로 컨트롤러(2314) 및/또는 프로세서(2304)에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 외부 시스템은 제1 FET를 결정하거나 EO 시스템(2300)에 의한 FET의 설정에 영향을 미칠 수 있다.
방법(2400)의 스테이지(2420)는 제3 프레임 정보를 수신하는 것을 포함한다. 제3 프레임 정보는 PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제3 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제3 프레임 검출 레벨을 포함한다. (제3 프레임에 대한 검출 데이터가 수집되는 동안) 제3 프레임은 제2 프레임 바로 다음에 뒤따를 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제2 프레임과 제3 프레임 사이의 하나 이상의 중간 프레임(존재하는 경우) 중 임의의 FET는 제2 FET, 제3 FET 또는 임의의 다른 FET(더 길거나 더 짧음)와 같을 수 있다. 첨부 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2420)는 선택적으로 프로세서(2304)에 의해(예를 들어, 판독 회로(2318)를 통해) 수행될 수 있다.
스테이지(2420)는 제3 FET, PDA의 다음의 적어도 2가지 유형의 PS에 기초하여 PDD의 복수의 PS를 식별하는 것을 포함한다:
a. 제3 프레임에 대해 사용 가능한 PS의 그룹("사용 가능한 PS의 제3 그룹"이라고 함), 이는 제1 PS 및 제2 PS를 포함한다.
b. 제3 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 그룹("사용 불가능한 PS의 제3 그룹"이라 함), 이는 제3 PS 및 제4 PS를 포함한다.
즉, 사용 가능한 PS의 제1 그룹(즉, 제1 프레임에 대해 전술한 사용 가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 스테이지(2404)에서 식별된 제2 PS는 제1 프레임에 비해 제3 프레임에 대한 더 긴 FET로 인하여, 스테이지(2420)에서 사용 불가능한 PS의 제3 그룹(즉, 제3 프레임에 대해 전술한 사용 불가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 식별된다. 사용 불가능한 PS의 제2 그룹(즉, 제2 프레임에 대한 전술한 사용 불가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 스테이지(2412)에서 식별된 제3 PS는 제2 프레임에 비해 제3 프레임에 대한 더 짧은 FET로 인하여, 스테이지(2420)에서 사용 가능한 PS의 제3 그룹(즉, 제3 프레임에 대한 전술한 사용 가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 식별된다.
스테이지(2420)의 식별하는 단계는 스테이지(2404)와 관련하여 위에서 논의된 것 중 임의의 하나 이상과 같이, 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2412)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 더 짧은 FET에 대해 사용 가능한 것으로 간주되었던 PS는 다양한 이유로 더 긴 FET에 대해 스테이지(2420)에서 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 더 긴 FET에 사용 불가능한 것으로 간주되었던 PS는 다양한 이유로 더 짧은 FET에 대해 스테이지(2420)에서 사용 가능한 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 그러한 PS가 사용 불가능한 PS의 제2 그룹에 있는 일부 PS의 것보다 더 큰 전하 저장 능력(예를 들어, 커패시턴스)을 갖는 경우, 그러한 상이한 PS의 전하 저장 능력은 제2 FET보다 짧은 집적 시간에 걸쳐 검출 신호 및 축적된 DC 모두에 대해 충분한 것으로 간주될 수 있다.
스테이지(2420)는 스테이지(2416) 이후에 실행된다(스테이지(2416)의 출력에 기초하기 때문임). 스테이지(2416)의 실행 타이밍에 대한 스테이지(2420)의 실행 타이밍은 변할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2420)는 선택적으로 스테이지(2416)가 실행되기 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에, 또는 이후에 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 스테이지(2420)는 선택적으로 프로세서(2304) 및/또는 컨트롤러(2314)에 의해 수행될 수 있다. 스테이지(2420)의 식별을 실행하기 위한 방법의 예는 방법(1100)과 관련하여 논의된다.
단계(2422)는 사용 불가능한 PS의 제3 그룹의 제3 프레임 검출 레벨을 무시하고, 사용 가능한 PS의 제3 그룹의 제3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제3 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 중요하게도, 스테이지(2422)는 출력이 제1 이미지의 생성에 그 출력이 사용된 적어도 하나의 PS(예를 들어, 제2 PS)의 출력(검출 레벨)을 무시하는 한편, 제2 이미지의 생성에 그 출력이 무시된 적어도 하나의 PS(예를 들어, 제3 PS)의 출력을 활용하면서, 제3 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 제3 이미지를 생성하는 단계는 제1 이미지의 생성과 관련하여 위에서 논의된 임의의 방법, 기술 및 변형을 포함하는 임의의 적합한 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 사용 불가능한 PS의 제3 그룹과 관련하여, 해당 PS에 의한 검출 데이터가 제3 이미지의 생성 시 무시되었기 때문에, 대체 값은 임의의 적절한 방식으로 계산될 수 있다(필요한 경우). 스테이지(2422)에 이어서, 제3 이미지는 외부 시스템(예를 들어, 스크린 모니터, 메모리 유닛, 통신 시스템, 이미지 처리 컴퓨터)에 제공될 수 있다. 스테이지(2422)에 이어서, 제3 이미지는 하나 이상의 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 처리될 수 있다. 스테이지(2422)에 이어서, 제3 이미지는 요구되는대로 달리 처리될 수 있다.
선택적으로, 방법(2400)에서 하나 이상의 이미지(예를 들어, 제1 이미지, 제2 이미지, 제3 이미지)를 생성하는 단계는 각각의 이미지에 대한 적어도 하나의 PS의 DC 축적을 평가하는 이전 단계에 기초할 수 있다(예를 들어, 적어도 각각의 FET에 기초하고, 광 신호를 캡처하는 동안 또는 그에 근접한 동안의 전기적 측정 등에 기초함). 예를 들어, 이러한 측정은 다크 상태로 유지된 레퍼런스 PS에 대한 DC 측정(또는 다른 지표 측정)을 포함할 수 있다. 각각의 이미지를 생성하는 단계는 PDA의 FOV의 보다 정확한 표현을 제공하기 위해, 하나 이상의 PS의 검출 신호로부터 해당 PS에 대한 DC 평가와 관련된 크기를 빼는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, DC 축적을 보상하는 상기 단계는 각각의 이미지에 대해 사용 가능한 PS에 대해서만 수행된다.
(예를 들어, 그 PD의 유형 및 특성의 결과로서) 상대적으로 높은 DC를 특징으로 하는 PDA에서, 검출 전하가 수집되는 개별 PS의 커패시턴스는 DC에 의해 (부분적으로 또는 완전히) 포화될 수 있고, 이는 (시스템의 FOV로부터 도달하는) 주변 광의 검출을 위한 동적 범위를 거의 또는 전혀 남기지 않는다. (예를 들어, 감지 데이터를 정규화하기 위해) 검출 신호로부터 DC 레벨을 빼는 수단이 구현된 경우에도, 검출을 위한 동적 범위가 부족하다는 것은 결과적인 신호가 완전히 포화되었거나, 주변 광 레벨을 의미 있게 검출하기에는 불충분함을 의미한다. PD로부터의 DC는 FET 동안 커패시턴스(실제 커패시터 또는 PS의 다른 구성 요소의 기생 또는 잔류 커패시턴스)에 축적되기 때문에, 이러한 방법은 PS가 각각의 FET에 대해 사용 가능한지 여부(즉, 전체 FET에 대해 DC(또는 적어도 그 관련 부분)의 전하가 수집된 후, 동적 범위가 커패시턴스에 남아 있는지 여부)를 결정하기 위해 FET를 사용한다. 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 그룹을 식별하는 것은 각 프레임의 FET가 주어지면, 그 동적 범위가 허용 가능한 임계값 미만인(또는 그렇지 않으면 동적 범위 충분 기준에 실패할 것으로 예상되는) PS를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 프레임에 대해 사용 가능한 PS의 그룹을 식별하는 것은 각 프레임의 FET가 주어지면, 그 동적 범위가 허용 가능한 임계값보다 높은(또는 그렇지 않으면 동적 범위 충분 기준을 충족할 것으로 예상되는) PS를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 2개의 허용가능 임계값은 동일한 임계값이거나 다른 임계값일 수 있다(예를 들어, 동적 범위가 해당 임계값 사이에 있는 PS가 다르게 취급되는 경우, 예를 들어 관련 프레임에 대해 부분적으로 사용 가능한 PS의 그룹에 속하는 것으로 식별된다).
방법(2400)을 전체적으로 참조하면, 스테이지(2416, 2418, 2420 및 2422)의 추가 인스턴스가 추가 FET(예를 들어, 제4 FET 등)에 대해 반복될 수 있음에 유의한다. 이러한 시간은 이전에 사용된 FET보다 길거나 짧거나 같을 수 있다. 선택적으로, 제1 FET, 제2 FET 및 제3 FET는 연속적인 FET(즉, 다른 FET는 제1 FET와 제3 FET 사이에서 PDA에 의해 사용되지 않음)라는 것이 또한 주목된다. 대안적으로, 다른 FET가 제1 FET와 제3 FET 사이에 사용될 수 있다.
노출 값(EV)이 동일하게 유지되더라도, 방법(2400)에서 상이한 FET에 대해 서로 다른 사용 가능한 PS의 그룹 및 사용 불가능한 PS가 결정될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 제1 FET가 제2 FET를 제공하기 위해 팩터 q만큼 연장되지만, f 수는 팩터 q만큼 증가되어, PDA에 의해 수신되는 전체 조명이 실질적으로 동일한 경우를 고려한다. 이 경우, EV가 일정하게 유지되더라도, DC 축적이 q배로 증가하기 때문에, 사용 불가능한 PS의 제2 그룹은 사용 불가능한 PS의 제1 그룹에 포함된 것 이외의 PS를 포함하게 된다.
PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공되며, 여기에는 저장된 명령어가 포함되며, 프로세서에서 실행될 때, 다음의 단계들을 수행한다:
PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제1 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제1 프레임 검출 레벨을 포함하는 제1 프레임 정보를 수신하는 단계; 제1 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS: 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제1 그룹, 및 제4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제1 그룹을 식별하는 단계: 사용 불가능한 PS의 제1 그룹의 제1 프레임 검출 레벨을 무시하고, 사용 가능한 PS의 제1 그룹의 제1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제1 이미지를 생성하는 단계; 상기 제1 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제1 FET보다 긴 제2 FET를 결정하는 단계; PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제2 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제2 프레임 검출 레벨을 포함하는 제2 프레임 정보를 수신하는 단계; 제2 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS: 제1 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제2 그룹, 및 제2 PS, 제3 PS, 및 제4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제2 그룹를 식별하는 단계; 상기 사용 불가능한 PS의 제2 그룹의 제2 프레임 검출 레벨을 무시하고, 상기 사용 가능한 PS의 제2 그룹의 제2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제2 이미지를 생성하는 단계; 상기 제2 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제1 FET보다 길고 상기 제2 FET보다 짧은 제3 FET를 결정하는 단계; PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제3 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제3 프레임 검출 레벨을 포함하는 제3 프레임 정보를 수신하는 단계; 제3 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS: 제1 PS 및 제2 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제3 그룹, 및 제3 PS 및 제4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제3 그룹을 식별하는 단계; 및 상기 사용 불가능한 PS의 제3 그룹의 제3 프레임 검출 레벨은 무시하고, 상기 사용 가능한 PS의 제3 그룹의 제3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제3 이미지를 생성하는 단계.
이전 단락의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에서 실행될 때, 방법(2400)과 관련하여 위에서 논의된 임의의 다른 단계 또는 변형을 수행하는 추가 명령어가 저장된 것을 포함할 수 있다.
도 25는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 상이한 FET에서 PDA 동작을 위한 모델을 생성하기 위한 방법(2500)을 도시하는 흐름도이다. 주어진 FET(및 온도, PD 상의 바이어스, PS 커패시턴스 등과 같은 추가 파라미터)가 제공될 때, 어떤 PS가 사용 가능한 PS의 그룹에 속하는지 식별하는 것은 상이한 FET에서의 각각의 PS 거동 모델에 기초할 할 수 있다. 그러한 모델링은 방법(2400)의 일부일 수 있거나 그 이전에 개별적으로 실행될 수 있다. 방법(2500)의 스테이지(2502, 2504 및 2506)는 PDA(예를 들어, PDA 1(602))의 복수의 PS 각각에 대해, 그리고 가능하게는 PDA의 모든 PS에 대해 실행된다.
스테이지(2502)는 복수의 상이한 FET의 각각의 FET에 대하여 각각의 PS의 사용가능성을 결정하는 것을 포함한다. 사용가능성의 결정은 다른 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, PS의 검출 신호는 예상 값(예를 들어, 조명 레벨이 알려진 경우- 가능하게는 완전히 어둡거나, 알려진 더 높은 조명 레벨인 경우), 다른 PS의 평균, 다른 PS의 검출 레벨(예를 들어, 모든 PS가 색채적으로 균일한 타겟을 이미징하는 경우), 다른 FET에서의 검출 결과(예를 들어, 기간 T(예를 들어, 200나노초)에서의 검출 레벨이 T/2(이 예에서, 330나노초)에서의 검출 레벨의 약 두 배인지 결정하는 경우) 등과 비교될 수 있다. 결정된 사용가능성은 바이너리 값(예를 들어, 사용 가능 또는 사용 불가능), 논-바이너리 값(예를 들어, 사용가능성 레벨을 평가하는 스칼라 또는 그 지표), 값 세트(예를 들어, 벡터) 또는 임의의 다른 적합한 형식일 수 있다. 선택적으로, 동일한 복수의 프레임 FET가 복수의 PS 모두에 대해 사용되지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 논-바이너리 사용가능성 평가에서, 절대 사용 불가능한 것과 완전히 사용할 수 있는 것 사이의 중간 값은 각 PS의 검출 신호가 인접 PS의 검출 신호, 및/또는 사용 가능했던(또는 부분적으로 사용가능했던) 다른 시간에서의 동일한 PS의 다른 판독값과 결합되거나 평균화되어야 함을 나타낼 수 있다.
방법(2500)은 각각의 PS에 대한 전하 축적 용량 및/또는 포화 파라미터를 측정하는 선택적 스테이지(2504)를 포함할 수 있다. 충전 용량은 임의의 적절한 방식, 예를 들어 PD, PS의 다른 소스(예를 들어, 전류 소스), PDA의 다른 소스 또는 외부 소스(예를 들어, 광검출기가 제조되는 제조 시설의 캘리브레이션 기계)에서 나오는 전류를 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 상이한 PS 사이의 커패시턴스의 차이가 무시할 수 있거나 단순히 무시되는 경우, 단계(2504)는 생략될 수 있다.
스테이지(2506)는 각각의 PS에 대한 사용가능성 예측 모델을 생성하는 것을 포함하며, 이는 사용가능성이 단계(2502)에서 능동적으로 결정된 복수의 FET에 포함되지 않은 상이한 FET 하에서 동작할 때, PS의 사용가능성을 추정하는 것을 제공한다. 상이한 FET가 스테이지(2502)의 복수의 FET의 동일한 지속 기간이거나, 더 길거나, 더 짧게 포함될 수 있다. 생성된 사용가능성 예측 모델은 바이너리 값(예를 들어, 사용 가능 또는 사용 불가능), 논-바이너리 값(예를 들어, 사용가능성 레벨을 평가하는 스칼라 또는 그 지표), 값 세트(예를 들어, 벡터) 또는 기타 적합한 형식과 같이, 다양한 유형의 사용가능성 표시를 제공할 수 있다. 모델에 의해 표시되는 사용가능성 유형은 스테이지(2502)에서 결정된 사용가능성 유형과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2502)는 상이한 FET에서 수집된 DC를 평가하는 것을 포함할 수 있는 반면, 스테이지(2504)는 이러한 PS에 대해 사용 가능한 것으로 간주되는 최대 허용가능 FET를 나타내는 시간(temporal) 임계값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 사용가능성 모델은 각각의 PS의 전하 축적 용량을 고려할 수 있다.
사용가능성 예측 모델을 생성하기 위해 임의의 적합한 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 FET 동안 PD에 대해 상이한 DC가 측정되거나 평가될 수 있고, 이어서 다른 FET에서 DC를 평가할 수 있는 함수(다항식, 지수 등)를 결정하기 위한 회귀 분석이 뒤따를 수 있다.
선택적 스테이지(2508)는 적어도 이전 스테이지의 복수의 PS를 포함하는 PDA의 적어도 일부에 대한 사용가능성 모델을 컴파일링하는 것을 포함한다. 예를 들어, 스테이지(2508)는 각각의 PS에 대한 셀에 모델 파라미터를 저장하는 하나 이상의 매트릭스 또는 다른 유형의 맵을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2506)가 각각의 PS(p,s)에 대한 DC 선형 회귀 함수[DarkCurrent(p,s)=Ap,s·τ+Bp,s(여기서, τ는 FET이고, Ap,s 및 Bp,s는 선형 회귀의 선형 계수임)]를 생성하는 것을 포함하면, 매트릭스 A는 상이한 Ap,s 값을 저장하기 위해 생성될 수 있고, 매트릭스 B는 상이한 Bp,s 값을 저장하기 위해 생성될 수 있다. 필요한 경우, 제3 매트릭스 C가 상이한 PS에 대하여 상이한 커패시턴스 값 Cp,s(또는 상이한 포화 값 Sp,s)을 저장하기 위해 사용될 수 있다.
스테이지(2506)(또는 구현된다면, 스테이지(2508)) 이후에, 스테이지(2506)(또는 구현된다면, 스테이지(2508))의 결과에 기초하여 스테이지(2502)의 복수의 FET 중 하나가 아닌 FET에 대한 복수의 PS의 사용가능성을 결정하는 것을 포함하는 선택적인 스테이지(2510)가 뒤따를 수 있다. 예를 들어, 스테이지(2510)는 PDA의 상이한 PS에 대해 사용 불가능한 PS의 마스크(예를 들어, 매트릭스)를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
방법(2500)을 전체적으로 참조하면, 스테이지(2502)는 4개의 상이한 FET(예를 들어, 33ns, 330ns, 600ns 및 2000ns)에서 PDA의 각각의 PS에 대한 DC를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 스테이지(2504)는 각각의 PS에 대한 포화 값을 결정하는 것을 포함할 수 있고, 스테이지(2506)는 각각의 PS에 대해 시간에 따른 DC 축적에 대한 다항식 회귀를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 예에서의 스테이지(2508)는 매트릭스를 생성하고, 각각의 셀에 (회귀 분석의) 해당 PS의 DC가 PS를 포화시킬 FET를 저장하는 것을 포함할 수 있다. 스테이지(2510)는 새로운 FET를 수신하고, 매트릭스의 각 셀에 대해 저장된 값보다 낮거나 높은지를 결정하고, 이어서 각각의 사용 불가능한 PS(여기서는, FET가 저장된 값보다 높음)에 대한 제1 값(예를 들어, "0")을, 그리고 각각의 사용 가능한 PS(여기서는, FET가 저장된 값보다 낮음)에 대한 제2 값(예를 들어, "1")을 저장하는 바이너리 매트릭스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
방법(2500)의 임의의 스테이지는 PDA 제조 동안(예를 들어, 공장 캘리브레이션 동안), 시스템 작동 동안(예를 들어, PDA를 포함하는 EO 시스템이 차량, 감시 시스템 등과 같은 지정된 위치에 설치된 후), 또는 그 사이 또는 그 이후의 임의의 다른 적절한 시간에, 수행될 수 있다.
전체 방법(2400)을 전체적으로 참조하면, 상이한 작동 상태 하에서(예를 들어, 상이한 온도에 상이하게 놓여질 때, 상이한 바이어스가 PD에 인가될 때) 상이한 FET에서 상이한 PS에 대한 DC의 영향을 측정하기 위해, 상이한 스테이지가 필요한 부분만 약간 수정하여 확장될 수 있다는 점에 유의한다.
선택적으로, 방법(2400)의 일부로서 FET(예를 들어, 제2 FET, 제3 FET)를 결정하는 것은 각각의 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 수를 미리 결정된 임계값 미만으로 유지하면서, 각각의 FET를 최대화하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 수집을 최대화하기 위해, 방법(2400)은 미리 결정된 수의 사용 불가능한 PS(예를 들어, PDA PS의 적어도 99%를 사용 가능한 것으로 요구하며, PS의 최대 1%까지 사용 불가능한 것을 허용할 수 있음)와 상관되는 임계값에 접근하는 FET를 설정하는 것을 포함할 수 있다. 경우에 따라, 최대화가 정확한 최대 기간을 산출하지 못하지만, 그에 근접한 기간(예를 들어, 수학적으로 최대 기간의 320% 이상 또는 325% 이상)이 산출될 수 있다. 예를 들어, 불연속(이산적인, discrete) 사전 정의된 시간 범위의 최대 프레임 기간이 선택될 수 있다.
예를 들어, 방법(2400)의 일부로서 FET를 결정하는 단계는 다른 가능한 FET보다 더 긴 FET를 결정하여, 이전 FET보다 더 많은 PS를 유발하고, 이에 의해 다른 가능한 FET와 비교하여 사용 불가능한 것으로 간주되는 더 많은 수의 PS를 유발하지만, 잔여 PS에서는 이미지 품질을 향상시키는 것을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어, 비교적 어두운 조건에서 유용할 수 있다. 선택적으로, (예를 들어, 최대화를 시도함으로써) FET를 결정하는 단계는 상이한 FET에서 사용 불가능한 것으로 간주되는 PS의 공간 분포를 고려할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, PDA의 일부 영역에서, 특정 FET 이상에서 사용 불가능한 것으로 간주되는 높은 비율의 PS와 함께 PS의 축적이 있음을 알게되는 것은, 특히 이것이 FOV의 중요한 부분(예를 들어, FOV의 중앙, 또는 이전 프레임에서 보행자 또는 차량이 식별된 위치)인 경우, 해당 임계값보다 낮은 FET를 결정할 수 있게 한다.
방법(2400)은 상이한 FET에서 검출되는 2개 이상의 프레임의 검출 레벨에 기초하여 단일 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상이한 사용 불가능한 PS의 그룹이 상이한 FET에 대해 사용된다. 예를 들어, ×1, ×10 및 ×100의 3 가지 FET가 사용될 수 있다. 이미지의 각 픽셀에 대해 결정된 색상은 하나 이상의 PS의 검출 레벨(예를 들어, PS가 사용 가능하고, 포화되지 않고, 무시할 수 없는 신호를 검출하는 FET에서) 또는 인접 PS의 검출 레벨(예를 들어, 그러한 시간에 신호가 무시할 수 있기 때문에, 각각의 PS가 사용 가능한 것으로 결정되는 경우에도, 사용 가능한 검출 신호를 제공하지 않는 경우)에 기초하여 결정될 수 있다. 방법(2400)은 (예를 들어, 하이-동적-범위(HDR) 이미징 기술을 사용하여) 단일 이미지에 대한 상이한 노출을 결합하기 위해 복수의 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 FET의 결정은 방법(2500)에서 생성된 모델과 같이 상이한 FET에서 상이한 PS의 사용가능성의 모델링에 기초할 수 있다. 방법(2400)은 또한 단일 이미지를 둘 이상의 별개의 검출 인스턴스(여기서 검출 신호는 각각 인스턴스에서 개별적으로 판독되고 나중에 합산됨)[이들 각각은 충분한 사용 가능한 PS를 제공함]로 캡처하도록 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 2밀리초 FET를 사용하여 장면을 한 번 캡처하는 대신, 방법(2400)은 장면을 두 번 캡처하도록 결정하는 것(예를 들어, 2개의 1ms FET, 1.5ms 및 0.5ms FET)을 포함할 수 있고, 이에 의해 각 노출에서 사용 가능한 PS의 수가 미리 결정된 임계값을 초과하도록 한다.
선택적으로, 방법(2400)은 PDA에 의해 캡처된 적어도 하나의 이전 프레임의 포화 데이터, 및 상이한 FET(예를 들어, 방법(2500)에서 생성됨)에서의 상이한 PS의 사용가능성 모델에 기초하여, 적어도 하나의 FET를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 포화 데이터는 적어도 하나의 이전 프레임의 적어도 하나의 FET에서 포화된 PS에 대한 정보(예를 들어, PS의 수, 어떤 PS인지, PDA의 어느 부분인지) 및/또는 적어도 하나의 이전 프레임의 적어도 하나의 FET에서 어떤 PS가 거의 포화되었는지에 대한 정보를 포함한다. 포화 데이터는 바로 앞의 프레임(또는 여러 프레임)과 관련될 수 있으므로, 커튼(curtain) 이미지 장면의 포화 거동을 나타낸다.
방법(2400)은 (예를 들어, 방법(2500) 또는 임의의 다른 적합한 모델링 방법을 구현함으로써) 상이한 FET에서 PDA의 PS의 사용가능성을 모델링하는 것을 더 포함할 수 있다. (방법(2400)의 일부로서든 아니든) 상이한 FET에서 PDA의 PS의 사용가능성 모델이 제공된 경우, 방법(2400)은 (a) 모델링의 결과에 기초하여 제2 FET 및 제3 FET 중 적어도 하나의 FET를 결정하는 단계; 및/또는 (b) 모델링의 결과에 기초하여 사용 불가능한 PS의 그룹 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 임의의 하나 이상의 FET를 결정할 때, 방법(2400)은 FOV 장면의 어둠으로 인해 FET를 연장하는 것과 (예를 들어, 방법(2500)의 모델에 기초하여) 더 긴 FET에서 증가하는 사용 불가능한 PS의 양을 제한하기 위해 FET를 감소시키는 것 사이에서 균형을 이루는 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, PD에 대한 동일한 온도 및 동일한 바이어스에서 동작할 때(각각의 FET에서의 DC가 일정하게 유지됨), 스테이지(2408)는 (더 많은 수의 사용 불가능한 PS를 희생하여) 장면이 더 어두워졌기 때문에, 더 긴 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있고, 스테이지(2416)는 장면이 다시 밝아졌기 때문에(따라서, 사용 불가능한 PS의 수를 감소시킴), 더 짧은 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이는 특히 어두운 이미지와 관련이 있는데, 여기서 DC 축적으로 인한 PS의 사용가능성(온도 및 작동 상태로부터 발생하지만, 조명 레벨로부터는 발생하지 않음)은 DC 축적이 각각의 PS의 동적 범위를 크게 제한하지 않는 경우 수행되는 FET의 연장을 제한한다. 다른 예에서, 장면 조명이 일정하게 유지되는 시간 범위 내에서, 스테이지(2408)는 온도 하강에 의해 인에이블되는 더 긴 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있고(따라서, DC를 낮추고 각각의 FET에서 사용 불가능한 PS의 비율을 낮춤), 스테이지(2416)는 PDA의 온도가 다시 상승했기 때문에, 더 짧은 FET를 결정하는 것을 포함한다.
도 26은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라, 상이한 FET에서 동일한 장면을 취하는 3개의 프레임에 대한 방법(2400)의 실행의 그래픽 표현이다. 예제 장면은 4개의 동심 사각형을 포함하고 있으며, 각각은 그것을 둘러싸는 것으로부터 더 어둡다. 도 26의 상이한 다이어그램은 방법(2400)의 스테이지에 대응하고, 아포스트로피를 갖는 동등한 부재 번호로 번호가 매겨진다. 예를 들어, 다이어그램(2406')은 단계(2406)의 실행과 매칭되는 등이다. 하부 9개의 다이어그램의 각 직사각형은 단일 PS, 또는 이러한 PS에 직접 매핑되는 픽셀(하부 3개 다이어그램에서)을 나타낸다. 모든 다이어그램에서, PDD에 대한 PS의 위치는 일정하게 유지된다.
많은 유형의 PDA에서 공통적으로, 프레임 정보가 수신되는 PDA는 불량, 결함 또는 오작동 PS(불량, 결함 또는 오작동 픽셀이라고도 함)를 포함할 수 있다. "오작동 PS"라는 용어는 예상 응답에서 벗어나는 PS와 광범위하게 관련되며, 여기에는 고정 멈춤, 작동 중지, 뜨거움, 켜짐, 따뜻함, 결함 및 깜박이는 PS를 포함하되, 이들에 제한되지 않는다. 오작동 PS는 개별 PS 또는 PS 클러스터일 수 있다. PS의 오작동을 유발할 수 있는 결함의 비-제한적 예는 PS 범프 본드 연결, 멀티플렉서의 어드레싱 결함, 비네팅(vignetting), 일부 PS의 심각한 민감도 결함, 비-선형성, 불량한 신호 선형성, 낮은 풀 웰, 불량한 평균-변화 선형성, 과도한 노이즈 및 높은 DC를 포함한다. 방법(2400)에서 사용 불가능한 PS로 식별되는 하나 이상의 PS는 영구적으로 오작동하는 PS이거나, FET와 관련되지 않은 조건(예를 들어, 고온으로 인해)에 기초하여 오작동하는 PS일 수 있다. 이러한 PS는 방법(2400)의 모든 FET(예를 들어, PS 8012.5)에 대해 사용 불가능한 것으로 식별될 수 있다. 그럼에도 불구하고, ("오작동"하지 않는) 일부 기능성 PS는 제한된 용량 및 충분히 긴 FET(예를 들어, PS 8012.4)로 인해, 방법(2400)의 모든 FET에서 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 선택적으로, 방법(2400)은 FET에 더하여 다른 파라미터(예를 들어, 온도, 전기 파라미터, 주변 광 레벨)에 기초하여 PDA의 하나 이상의 PS의 사용가능성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우, FET 때문에 사용할 수 없게 된 PS는 커패시턴스 제한 때문에, 다른 고려 사항(예를 들어, 온도)으로 인해 일반적으로 사용 가능한 것으로 간주될 수 없다.
도시된 예에서:
a. PS 8012.5는 3개의 모든 FET(T1,T2,T3)에서 충돌하는 광의 양에 관계없이 신호를 출력하지 않는다; 가능하게는 모든 조건 하에서.
b. PS 8012.4는 3개의 모든 FET(T1,T2,T3)에서 충돌하는 광의 양에 관계없이 포화 신호를 출력한다; 가능하게는 모든 조건 하에서.
c. PS 8012.3은 가장 짧은 FET인 T1에서 사용 가능한 신호를 출력하지만, 더 긴 FET T2 및 T3에서는 사용 불가능한(포화) 신호를 출력한다.
d. PS 8012.2는 짧은 FET T1 및 T3에서 사용 가능한 신호를 출력하지만, 가장 긴 FET인 T2에서는 사용 불가능한(포화) 신호를 출력한다.
다른 유형의 결함 및 잘못된 출력도 발생할 수 있음에 유의한다. 이러한 오류는 예를 들어, 매우 비-선형적인 신호 응답을 출력하는 것, 지속적으로 너무 강한 신호를 출력하는 것, 지속적으로 너무 약한 신호를 출력하는 것, 무작위 또는 반-무작위 출력을 출력하는 것 등을 포함할 수 있다. 또한, 많은 PS(예를 들어, 제1 PS 8012.1)는 검출에 사용되는 모든 FET에서 사용가능하다.
도 23으로 되돌아가면, 선택적으로, 시스템(2300)은 동적 PS 사용가능성 평가 능력을 갖는 EO 시스템일 수 있음에 유의한다. 즉, EO 시스템(2300)은 FET 및 가능한 다른 작동 파라미터에 기초하여, 상이한 PS를 사용 가능 또는 사용 불가능으로 교대로 할당할 수 있고, 각각의 PS가 캡처 시에 사용 가능하다고 결정된 경우에만 PS의 검출 신호를 활용할 수 있다(예를 들어, 사용가능성 모델).
그러한 경우에, EO 시스템(2300)은 다음을 포함한다:
a. PDA(2302), 이는 상이한 프레임에서 검출 신호를 각각 출력하도록 동작하는 복수의 PS(2306)를 포함한다. 각각의 PS(2306)에 의한 프레임에 대한 검출 신호 출력은 각각의 프레임 동안 각각의 PS에 충돌하는 광량을 나타낸다(및 가능하게는 또한 각각의 PS의 PD의 DC).
b. 사용가능성 필터링 모듈(예를 들어, 프로세서(2304)의 일부로서 또는 별도로 구현됨). 사용가능성 필터링 모듈은 각각의 PS(2306)에 대해 제1 FET(서로 다른 PS(2306) 간에 상이할 수 있음)에 기초하여 PS가 사용 불가능하다고 결정하고, 제1 FET보다 짧은 제2 FET에 기초하여 동일한 PS(2306)가 사용 가능하다고 나중에 결정하도록 동작한다. 즉, 한 지점에서 사용할 수 없었던(그리고 그 출력이 하나 이상의 이미지를 생성할 때 무시된) PS(2306)는 나중에 다시 사용할 수 있게 될 수 있으며(예를 들어, FET가 더 짧아지면), 이러한 PS(2306)의 출력은 다음 이미지의 생성에서 다시 유용할 수 있다.
c. 프로세서(2304), 이는 복수의 PS(2306)의 프레임 검출 레벨에 기초하여 이미지를 생성하도록 동작한다. 프로세서(2304)의 다른 구성 중에서, (a) 제1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제1 이미지를 생성할 때, 사용가능성 필터링 모듈에 의해 제1 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 결정된 필터링된 PS의 제1 검출 신호를 제외하고, (b) 제1 프레임 검출 레벨의 캡처 후, PDA에 의해 캡처된 제2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제2 이미지를 생성할 때, 사용성 필터링 모듈에 의해 제2 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 결정된 필터링된 PS의 제2 검출 신호를 포함하도록 구성된다.
선택적으로, 컨트롤러(2314)는 EO 시스템의 FOV에서 객체의 상이한 조명 레벨에 기초하여, 상이한 프레임에 대해 상이한 FET를 결정할 수 있다.
선택적으로, 컨트롤러(2314)는 (예를 들어, 방법(2400)과 관련하여 논의된 바와 같이) 각각의 프레임에 대한 사용 불가능한 PS의 수를 미리 결정된 임계값 미만으로 유지하면서 FET를 최대화함으로써, EO 시스템에 대한 FET를 결정하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, EO 시스템(2300)은 (예를 들어, 물리적 배리어에 의해, 또는 편향 광학 장치를 사용하여) 주변 조명으로부터 차폐되는 적어도 하나의 차폐된 PD, 및 상기 적어도 하나의 차폐된 PD의 신호 레벨에 기초하여 DC의 레벨을 나타내는 전기 파라미터를 출력하도록 작동하는 전용 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(2304)는 전기 파라미터, 각각의 FET 및 PDA의 검출 신호에 기초하여 이미지를 생성하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 상이한 프레임에서 상이한 정도의 DC 축적을 보상할 수 있다.
선택적으로, 프로세서(2304)는 PS가 사용 가능한 것으로 식별되었을 때 측정된 필터링된 PS의 검출 레벨에 기초하여, 상기 필터링된 PS와 관련된 제1 이미지의 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체 값을 계산하도록 동작할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)는 인접 PS의 검출 레벨에 기초하여, 각각의 PS에 의한 검출 신호가 이미지 생성에서 제외될 때, PS에 대한 대체 값을 계산하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)는 인접 PS의 제1 프레임 검출 레벨에 기초하여, 상기 필터링된 PS와 관련된 제1 이미지의 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체 값을 계산하도록 동작할 수 있다.
선택적으로, 프로세서(2304)(또는 프로세서의 일부가 아닌 경우, 사용가능성 필터 모듈)는 FET에 기초하여 PS에 대한 사용가능성 정도를 결정하도록 동작할 수 있고, 여기서 상기 정도는 PDD의 샘플링 PS가 광에 민감한 지속 기간 동안의 합을 포함하고, 샘플링 PS가 광에 민감하지 않는 지속 기간 사이의 중간 시간을 제외한다.
선택적으로, 프로세서(2304)는 방법(2500)에서 생성된 사용가능성 모델을 활용하여, 서로 다른 FET에서 캡처된 상이한 PS의 검출 신호를 포함할 때와 제외할 때를 결정할 수 있다. 선택적으로, EO 시스템(2300)은 방법(2500)을 실행하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, EO 시스템(2300)은 외부 시스템(예를 들어, EO 시스템(2300)의 제조에 사용되는 공장 캘리브레이션 기계)과 함께, 방법(2500)의 실행에 참여하도록 구성될 수 있다.
도 27은 본 명세서에 개시된 주제에 따른 방법(3500)의 예를 도시하는 흐름도이다. 방법(3500)은 서로 다른 작동 상태에서 PS의 상이한 서브세트에 기초하여 이미지를 생성하는 데 사용된다. 이전 도면과 관련하여 제시된 예를 참조하면, 방법(3500)은 프로세서 1(604)에 의해 실행될 수 있고, 여기서 방법(3500)의 PDA는 선택적으로 PDA 1(602)일 수 있다. 방법(3500)은 적어도 스테이지(3510, 3520, 3530 및 3540)를 포함하며, 이는 PDA에 의해 캡처된 상이한 프레임에 대한 시퀀스로서 반복된다. 시퀀스는 스트림의 모든 프레임에 대해 완전히 실행될 수 있지만, 아래에서 자세히 설명하는 것처럼, 반드시 그런 것은 아니다.
시퀀스는 PDA의 복수의 PS에 의해 제공되는 프레임에 대한 검출 신호를 나타내는 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계(3510)에서 시작한다. 프레임 정보는 각 PS에 대한 검출 레벨(또는 레벨들)(예를 들어, 0과 1024 사이, 3개의 RGB 값, 각각 0과 255 사이 등) 또는 임의의 다른 형식을 포함할 수 있다. 프레임 정보는 간접적인 방식으로 검출 신호를 나타낼 수 있다(예를 들어, 주어진 PS의 검출 레벨에 관한 정보는 인접 PS의 레벨에 대하여, 또는 이전 프레임에서의 동일한 PS의 레벨에 대하여 주어질 수 있다). 프레임 정보는 또한 추가 정보(예를 들어, 일련번호, 타임스탬프, 작동 상태)를 포함할 수 있고, 이들 중 일부는 방법(3500)의 다음 단계에서 사용될 수 있다. 프레임 정보가 수신되는 PDA는 불량, 결함 또는 오작동 PS를 포함할 수 있다.
스테이지(3520)는 프레임 기간 동안 PDA의 작동 상태을 나타내는 작동 상태 데이터를 수신하는 것을 포함한다. 작동 상태는 다음 엔티티들(즉, PDA, PDA의 컨트롤러, 방법(3500)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서, 하나 이상의 센서, 방법(3500)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서의 하나 이상의 컨트롤러 등) 중 임의의 하나 이상과 같이, 상이한 유형의 엔티티로부터 수신될 수 있다. 스테이지(3520)에서 참조될 수 있는 작동 상태의 비-제한적 예는 PDA의 FET(예를 들어, 전자식 또는 기계식 셔터, 플래시 조명 기간 등), PDA 또는 연결된 회로의 증폭 게인, PDA의 PD에 인가된 바이어스, 주변 광 레벨, 전용 조명 레벨, 다운스트림 이미지 프로세서의 이미지 처리 모드, 조명에 적용되는 필터링(예를 들어, 스펙트럼 필터링, 편광) 등을 포함한다.
스테이지(3530)는 -작동 상태 데이터에 기초하여- PS 중 적어도 하나를 포함하고 복수의 다른 PS를 제외하는 결함 PS의 그룹을 결정하는 것을 포함한다. 스테이지(3530)가 스테이지(3520)의 상이한 대응 인스턴스에서 이들 프레임에 대해 수신된 상이한 작동 상태 데이터에 기초하여 서로 다른 프레임에 대해 실행될 때, 작동 상태이 서로 다른 상이한 프레임에 대해 결함 PS의 상이한 그룹이 선택된다. 그러나, 상이한 작동 상태(예를 들어, 작동 상태의 차이가 비교적 작은 경우)을 갖는 2개의 프레임에 대해 결함있는 픽셀의 동일한 그룹이 선택될 수 있다.
상기 결정은 PS 자체를 평가하는 것이 아니라 작동 상태 데이터를 기초로 하며, 따라서 상이한 그룹에 포함된 다양한 PS의 결함은 이들 조건의 추정이며, 실제 작동 가능성 조건에 대한 진술이 아님에 유의한다. 따라서, 스테이지(3530)에서 결함 PS의 그룹에 포함된 PS는 작동 상태 데이터에 표시된 작동 상태에서 반드시 결함있거나 동작하지 않는 것은 아니다. 스테이지(3530)의 결정은 PDA의 실제 상태에 가능한 한 정확하게 매칭되도록 의도된다.
스테이지(3540)는 프레임을 나타내는 이미지를 제공하기 위해 프레임 정보를 처리하는 것을 포함한다. 상기 처리는 결함 PS의 그룹에 포함된 PS를 제외한, 광검출기의 PS의 검출 신호에 기초한다. 즉, PDA의 PS로부터의 검출 신호는 FOV(또는 다른 장면 또는 광이 PDA에 도달하는 하나 이상의 객체)를 나타내는 이미지를 생성하는 데 사용되지만, 결함 PS의 그룹(앞서 언급한 바와 같이, 이는 관련 프레임 정보가 캡처된 시간 동안의 작동 상태 데이터에 기초하여 동적으로 결정됨)에 포함된 PS에서 발생하는 모든 검출 신호는 피한다. 스테이지(3540)는 무시된 검출 신호를 보상하기 위해 대체 값을 계산하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 계산은 예를 들어, 인접 PS의 검출 신호에 기초하여, 결함 PS에 대한 대체 값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 계산은 예를 들어, 이미지의 인접 픽셀의 값에 기초하여 이미지의 픽셀에 대한 대체 값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 방법(2400)에서 이미지를 생성하는 것과 관련하여 위에서 논의된 임의의 기술은 또한 스테이지(3540)에서 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
2개의 프레임(제1 프레임 및 제2 프레임)에 대한 방법의 실행을 위한 예는 예를 들어, 다음을 포함할 수 있다:
a. 적어도 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS를 포함하는 복수의 PS에 의해 제공되고 제1 프레임 지속 기간에 관한 것인 제1 검출 신호를 나타내는 제1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계. 프레임 기간은 PDA에서 수집한 광이 단일 이미지 또는 비디오의 프레임으로 집계되는 시간이다. 상이한 프레임 지속 기간은 상호 배타적일 수 있지만, 일부 실시예에서는 선택적으로 부분적으로 중첩될 수 있다.
b. 제1 프레임 기간 동안 PDA의 작동 상태을 나타내는 제1 작동 상태 데이터를 수신하는 단계.
c. - 적어도 제1 작동 상태 데이터에 기초하여 - 제3 PS를 포함하고 제1 PS 및 제2 PS를 제외하는 제1 결함 PS의 그룹을 결정하는 단계. 상기 결정은 결함 PS의 제1 그룹을 직접 결정하거나, 어떤 픽셀이 결함있는 것으로 간주되는지를 암시하는 다른 데이터를 결정하는 것(예를 들어, 결함 없는 픽셀의 보완(complement) 세트 결정, 각 픽셀에 대한 결함 레벨 할당, 및 나중에 임계값 설정 또는 기준 결정)을 포함할 수 있다.
d. 결함 PS의 제1 그룹에 기초하여, 제1 프레임 정보를 처리하여 제1 이미지를 제공하는 단계. 이에 의해, 상기 처리는 적어도 제1 PS 및 제2 PS의 제1 검출 신호에 기초하고(선택적으로 디지털화, 캡핑, 레벨 조정 등과 같은 선행 전처리를 따름), 제3 PS의 검출 신호에 관한 정보는 무시한다.
e. 복수의 검출 PS에 의해 제공되는 제2 검출 신호를 나타내는 제2 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계. 제2 프레임 정보는 제1 프레임 지속 기간 이외의 제2 프레임 지속 기간에 관한 것이다.
f. 제2 프레임 지속 기간 동안 PDA의 작동 상태을 나타내는 제2 작동 상태 데이터를 수신하는 단계. 이는 제1 작동 상태 데이터와 상이하다. 제2 작동 상태 데이터는 제1 작동 상태 데이터가 수신된 동일한 소스로부터 수신될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아님에 유의한다.
g. 제2 작동 상태 데이터에 기초하여, 제2 PS 및 제3 PS를 포함하고 제1 PS를 제외한 결함 PS의 제2 그룹을 결정하는 단계. 상기 결정은 결함 PS의 제2 그룹을 직접 결정하거나, 어떤 픽셀이 결함있는 것으로 간주되는지를 암시하는 다른 데이터를 결정하는 것(예를 들어, 결함 없는 픽셀의 보완 세트 결정, 각 픽셀에 대한 결함 레벨 할당, 및 나중에 임계값 설정 또는 기준 결정)을 포함할 수 있다.
h. 결함 PS의 제2 그룹에 기초하여, 제2 프레임 정보를 처리하여 제2 이미지를 제공하는 단계. 이에 의해, 상기 제2 이미지 정보의 처리는 적어도 제1 PS의 제2 검출 신호에 기초하고, 제2 PS 및 제3 PS의 검출 신호에 관한 정보는 무시한다.
도 28a는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 시스템(3600) 및 예시적인 타겟 객체(3902 및 3904)를 도시한다. EO 시스템(3600)은 시스템(3600)의 FOV에서 객체를 나타내는 이미지를 생성하기 위해 적어도 하나의 PDA(이는 동일한 시스템의 일부일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아님)로부터의 검출 신호를 처리하도록 동작하는 적어도 프로세서(3620)를 포함한다. 시스템(3600)은 시스템(2300)에 의해 구현될 수 있고, 유사한 부재 번호가 사용되지만(예를 들어, 이러한 경우, PDA(3610)는 PDA(2302)일 수 있고, 컨트롤러(3640)는 컨트롤러(2314)일 수 있는 등), 반드시 그런 것은 아니다. 간결함을 위해, 시스템(2300)에 대해 위에서 제공된 모든 설명이 반복되지는 않으며, 시스템(2300)의 하나 이상의 구성요소의 임의의 조합이 필요한 부분만 약간 수정하여 시스템(3600)에서 구현될 수 있고 그 반대도 가능하다는 점에 유의한다. 시스템(3600)은 PDA(3610) 및 광학장치를 더 포함하는 EO 시스템 또는 처리 시스템(예를 들어, 컴퓨터, 그래픽 처리 장치)일 수 있다. 전자의 경우, 시스템(3600)은 카메라, 분광기, LIDAR 등과 같이 검출을 위해 PDA를 사용하는 임의 유형의 EO 시스템일 수 있다. 선택적으로, 시스템(2600)은 FOV에서 객체를 조명하기 위한(예를 들어, 적어도 제1 FET 및 제2 FET 동안 객체를 조명하기 위한) 하나 이상의 조명원(3650)(예를 들어, 레이저, LED)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(3600)은 EO 시스템의 FOV에서 객체의 상이한 조명 레벨에 기초하여, 상이한 프레임에 대해 상이한 FET를 결정하도록 동작하는 컨트롤러(3640)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 상이한 FET는 제1 FET 및/또는 제2 FET를 포함할 수 있다.
2개의 예시적인 타겟이 도 28a에 도시되어 있다. 여기서, 2개의 예시적인 타겟은 반사율이 높은 번호판을 갖는 어두운 색상의 자동차(3902)(낮은 반사율 차체 패널을 가짐), 및 흰색 패치가 그 위에 있는 검은색 직사각형 패널(3904)이다. 시스템(3600)이 높은 반사율 패치를 갖는 낮은 반사율 객체의 이미지를 생성하는 것으로 반드시 제한되는 것은 아니라는 점에 유의한다. 그러나, 시스템(3600)이 그러한 타겟의 이미지를 생성하는 방식은 흥미롭다.
프로세서(3620)는 PDA(예를 들어, 구현되는 경우 PDA(3610))로부터, 모든 면(타겟(3902, 3904)에 의해 예시됨)에서 낮은 반사율 표면으로 둘러싸인 높은 반사율 표면을 포함하는 객체의 다중 검출 결과를 수신하도록 구성된다. 다중 검출 결과는 (a) 제1 FET 동안 PDA에 의해 검출된 객체의 제1 프레임 정보 및 (b) 제1 FET보다 긴 제2 FET 동안 PDA에 의해 검출된 객체의 제2 프레임 정보를 포함한다. 제1 프레임 정보 및 제2 프레임 정보는 PDA에 의해 검출되는 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 차례로 나타내는 PDA의 상이한 PS에 의해 출력되는 검출 신호를 나타낸다. 일부 PS는 객체의 반사율이 낮은 부분으로부터 광을 검출하는 반면, 다른 PS는 반사율이 높은 표면으로부터 광을 검출한다.
상이한 FET에 기초하여, 프로세서(3620)는 제1 프레임 정보 및 제2 프레임 정보를 상이하게 처리한다. 도 28b는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 타겟(3902 및 3904)의 예시적인 제1 이미지 및 제2 이미지를 도시한다. 제1 프레임 정보를 처리할 때, 프로세서(3620)는 제1 FET에 기초하여 제1 프레임 정보를 처리한다. 낮은 반사율 표면을 나타내는 어두운 배경으로 둘러싸인, 높은 반사율 표면을 나타내는 밝은 영역을 포함하는 제1 이미지를 생성한다. 이것은 도 28b에서 (도 28a의 객체(3902, 3904)에 대응하는) 제1 이미지(3912 및 3914)로서 도시되어 있다. 프로세서(3620)가 제1 FET보다 긴 제2 FET에 기초하여 제2 프레임 정보를 처리할 때, 프로세서(3620)는 밝은 영역 없이 어두운 배경을 포함하는 제2 이미지를 생성한다. 이것은 (도 28a의 객체(3902, 3904)에 대응하는) 제2 이미지(3922 및 3924)로서 도 28b에 도시되어 있다.
즉, 반사율이 높은 표면의 더 많은 광이 제2 프레임에서 광검출기의 각 PS에 도달하더라도, 이미지 출력은 더 밝지도 포화되지도 않고, 더 어둡다. 프로세서(3620)는 인접 PS(이는 객체의 더 낮은 반사율 표면을 캡처하기 때문에 더 낮은 강도의 신호를 가짐)의 정보를 사용함으로써 제2 이미지에서 높은 반사율 표면을 나타내는 픽셀에 대해 더 어두운 색상을 결정할 수 있는데, 이는 더 긴 제2 FET에서는 관련 PS로부터의 신호를 사용할 수 없기 때문이다. 선택적으로, 프로세서(3620)는 제2 FET(및 선택적으로 또한 예를 들어, 방법(2500)과 관련하여 논의된 바와 같이, 각각의 PS의 사용가능성 모델링)에 기초하여 제2 이미지를 생성할 때 높은 반사율 표면에 대응하는 검출된 광 신호를 폐기하고, 인접 PS에 의해 캡처된 객체의 인접하는 낮은 반사율 표면으로부터 검출된 광 강도에 응답하여 제2 이미지의 적어도 하나의 대응하는 픽셀에 대한 어두운 색상을 계산하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 각 PS의 정보를 폐기하기 위한 프로세서(3620)에 의한 결정은 검출 신호 레벨에 기초하지 않고, 오히려 DC에 대한 각 PS의 민감성(susceptibility)(예를 들어, 제한된 커패시턴스)에 기초한다. 선택적으로, 제2 프레임 정보를 처리할 때, 프로세서(3620)는 예를 들어, 방법(2400)의 식별 스테이지와 유사하게, 제2 FET에 기초하여, 높은 반사율 표면으로부터의 광을 제2 프레임에 대해 사용 불가능한 것으로 검출하는 적어도 하나의 PS를 식별할 수 있다.
높은 반사율 표면은 낮은 반사율 표면보다 작을 수 있고, 모든 측면에서 낮은 반사율 표면으로 둘러싸일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 높은 반사율 표면은 크기(예를 들어, 각(angular) 크기)가 단일 PS, 하나 미만의 PS에 대응할 수 있지만, 크기가 여러 PS에 대응할 수도 있다. 높은 반사율 레벨과 낮은 반사율 레벨 사이의 차이는 달라질 수 있다. 예를 들어, 낮은 반사율 표면은 0 내지 15%의 반사율을 가질 수 있는 반면, 높은 반사율 표면은 80 내지 100%의 반사율을 가질 수 있다. 다른 예에서, 낮은 반사율 표면은 50% 내지 55%의 반사율을 가질 수 있는 반면, 높은 반사율 표면은 65% 내지 70%의 반사율을 가질 수 있다. 예를 들어, 높은 반사율 표면의 최소 반사율은 낮은 반사율 표면의 최대 반사율의 2배, 3배, 5배, 10배, 100배일 수 있다. 선택적으로, 높은 반사율 표면은 PS에 의해 검출 가능한 스펙트럼 범위에서 95% 이상의 반사율을 갖고(예를 들어, 흰색 표면), 낮은 반사율 표면은 PS에 의해 검출 가능한 스펙트럼 범위에서 5% 미만의 반사율을 갖는다((예를 들어, 검은색 표면). 위에서 논의된 바와 같이, FET는 단편화된 시간 범위(예를 들어, 이는 여러 조명 펄스에 대응함) 또는 단일 연속 시간 범위에 대응할 수 있다.
선택적으로, 제1 FET 및 제2 FET에서 높은 반사율 표면으로부터 관련 PS로 도달하는 광 신호 레벨의 양은 유사할 수 있음에 유의한다. 이것은 들어오는 광을 필터링함으로써, 검출 광학장치(3670)의 f-수를 대응되게 변경함으로써 달성될 수 있다(예를 들어, q의 팩터만큼 f 수를 증가시키면서 q 팩터만큼 FET를 증가시킴). 선택적으로, 제1 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제1 노출 값(EV)은 제2 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제2 EV와 1% 미만 차이가 난다. 선택적으로, FET의 차이는 제1 프레임과 제2 프레임 간의 작동 상태들 사이의 유일한 주요 차이점이다.
상이한 레벨의 DC에 대해 사용가능성 모델을 캘리브레이션하기 위한 PDA의 온도 평가는 위에서 논의되었다. 선택적으로, 프로세서(3620)는 (a) 제1 프레임 정보를 캡처하는 동안 광검출 어레이의 제1 온도 평가 및 제1 프레임 정보를 캡처하는 동안 광검출 어레이의 제2 온도 평가를 결정하기 위해 객체로부터 반사된 검출 신호를 처리하고, (b) 제2 FET 및 제2 온도 평가에 기초하여 높은 반사율 표면에 대응하는 검출 결과를 폐기 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 29는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 방법(3700)을 도시하는 흐름도이다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 방법(3700)은 시스템(3600)에 의해 선택적으로 실행될 수 있음에 유의한다. 시스템(3600)에 대해 위에서 논의된 임의의 변형은 필요한 부분만 수정하여 방법(3700)에 적용될 수 있다. 특히, 방법(3700)(및 적어도 그의 스테이지(3710, 3720, 3730 및 3740))은 프로세서(3620)에 의해 실행될 수 있다.
스테이지(3710)는 제1 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 것을 포함한다. 흰색 영역은 밝은 영역(또는 반사율이 높은 다른 영역)으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 반사율이 50%보다 높은 영역을 대신 사용할 수 있다. 검은색 타겟은 어두운 영역(또는 약간 반사되는 다른 영역)으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 반사율이 10% 미만인 타겟을 대신 사용할 수 있다.
스테이지(3720)는 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제1 이미지를 제공하기 위해 제1 FET에 기초하여 제1 프레임 정보를 처리하는 것을 포함한다. 선택적으로, 스테이지(3720)는 방법(2400)의 임의의 스테이지(2406, 2414, 2422)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 이미지 생성 프로세스를 사용하여 구현될 수 있다.
스테이지(3730)는 제1 FET보다 긴 제2 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제2 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 것을 포함한다.
스테이지(3740)는 밝은 영역 없이 어두운 배경을 포함하는 제2 이미지를 제공하기 위해 제2 FET에 기초하여 제2 프레임 정보를 처리하는 것을 포함한다. 선택적으로, 스테이지(3740)는 방법(2400)의 임의의 스테이지(2406, 2414, 2422) 및 사용가능한 PS 및 사용 불가능한 PS의 그룹을 식별하는 이전 단계와 관련하여 위에서 논의된 임의의 이미지 생성 프로세스를 사용하여 구현될 수 있다.
방법(3700)의 실행 순서와 관련하여, 스테이지(3720)는 스테이지(3710) 이후에 실행되고, 스테이지(3740)는 스테이지(3730) 이후에 실행된다. 그 외에, 임의의 적합한 스테이지 순서가 사용될 수 있다. 방법(3700)은 또한 선택적으로 PDA를 통해 제1 프레임 정보 및/또는 제2 프레임 정보를 캡처하는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 제2 프레임 정보의 수신은 제1 프레임 정보를 수신한 후에 제1 FET보다 긴 제2 FET를 결정함으로써 선행될 수 있다. 선택적으로, 상기 제2 프레임 정보의 처리는 상기 제2 FET에 기초하여 흰색 영역의 검출된 광 강도 정보를 폐기하고, 제2 프레임 정보의 인접 영역의 검출된 광 강도에 응답하여 제2 이미지의 적어도 하나의 대응 픽셀에 대해 어두운 색상을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제2 프레임 정보의 처리는 제2 FET에 기초하여, 흰색 영역으로부터의 광을 제2 프레임에 대해 사용 불가능한 것으로 검출하는 적어도 하나의 PS를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제1 프레임 정보를 캡쳐하는 동안의 PDA의 제1 노출 값(EV)은 제2 프레임 정보를 캡쳐하는 동안의 PDA의 제2 EV와 1% 미만 차이날 수 있다.
선택적으로, 제1 프레임 노출 시간 동안의 낮은 반사율 데이터와 관련된 PS 상의 DC 축적은 PS에 대한 사용 가능한 동적 범위를 남기고, 제2 프레임 노출 시간 동안의 해당 PS 상의 DC 축적은 PS에 대한 불충분한 동적 범위를 남긴다. 이러한 경우, 높은 반사율 영역에 대응하는 PS는 제2 이미지에서 이미지 생성에 사용될 수 없고, 누락된 검출 레벨을 대체하기 위해 대체 색상 값이 계산될 수 있다.
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위해 제공되며, 여기에는 저장된 명령어가 포함되며, 프로세서에서 실행될 때, 다음 단계들: (a) 제1 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계; (b) 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제1 이미지를 제공하기 위해 제1 FET에 기초하여 제1 프레임 정보를 처리하는 단계; (c) 제1 FET보다 긴 제2 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제2 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계; (d) 밝은 영역 없이 어두운 배경을 포함하는 제2 이미지를 제공하기 위해 제2 FET에 기초하여 제2 프레임 정보를 처리하는 단계를 수행한다.
이전 단락의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에서 실행될 때, 방법(3700)과 관련하여 위에서 논의된 임의의 다른 단계 또는 변형을 수행하는 거기에 저장된 추가 명령어를 포함할 수 있다.
위의 개시내용에는, 설명된 바와 같은 다수의 시스템, 방법 및 컴퓨터 코드 제품뿐만 아니라 고품질 이미지를 전기광학적으로 캡처하고 생성하기 위해 이들을 활용하는 방법이 설명되어 있다. 특히, 이러한 시스템, 방법 및 컴퓨터 코드 제품은 높은 PD의 DC가 존재하는 경우, 고품질 SWIR 이미지(또는 다른 SWIR 감지 데이터)를 생성하는 데 활용될 수 있다. 이러한 PD는 Ge PD일 수 있지만, 모든 경우에 그런 것은 아니다. 이러한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품을 시너지 방식으로 사용하는 일부 방식은 위에서 논의되었으며, 많은 다른 방식이 가능하며, 이는 본 발명의 혁신적인 주제의 일부로 간주된다. 위에서 논의된 모든 시스템은 더 높은 품질의 결과를 달성하기 위해, 더 효과적이고 비용 효율적인 방식으로 유사한 결과를 달성하기 위해, 또는 임의의 다른 목적을 위해, 위에서 논의된 하나 이상의 다른 시스템의 임의의 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 위에서 논의된 임의의 방법은 더 높은 품질의 결과를 달성하기 위해, 보다 효과적이고 비용 효율적인 방식으로 유사한 결과를 달성하기 위해, 또는 임의의 다른 목적을 위해, 위에서 논의된 임의의 하나 이상의 다른 방법의 임의의 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.
아래 단락에서, 가능한 시너지 중 일부를 입증하기 위해, 이러한 조합의 비-제한적 예가 몇몇 제공된다.
예를 들어, 집적 시간이 DC 노이즈의 과도한 영향을 극복하도록 충분히 짧은 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 다크 노이즈의 시불변(직류, DC) 부분을 감소시키기 위해 수신기(110)에 포함되는 PDD(1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)와 같이 PDD를 구현할 수 있다.
이렇게 하면, PS의 커패시턴스가 검출 신호에 축적되지 않은 DC의 시불변 부분에 의해 압도되지 않으며, DC의 노이즈가 검출 신호를 가리지 않는다. 임의의 이미징 시스템(100, 100' 및 100")에서 임의의 PDD(1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)를 구현하는 것은 여전히 의미있는 신호를 검출하면서, 프레임 노출 시간을 눈에 띄는(noticeable) 정도로 연장하는 데 사용될 수 있다(이는 DC의 DC 부분이 커패시턴스에 축적되지 않기때문임)
예를 들어, 집적 시간이 DC 노이즈의 과도한 영향을 극복하도록 충분히 짧게 설정되는 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 그 프레임 노출 시간에 어떤 PS가 사용 가능한지 결정하고, 가능하면 프레임 노출 시간(이는 집적 시간에 대응함)을 더 감소기키고, 충분한 수의 PS가 사용가능한지를 확인하기 위해 하나 이상의 방법(2400, 2500 및 3500)을 구현할 수 있다. 마찬가지로, 주어진 FET에서 판독 노이즈와 예상 축적 DC 노이즈 레벨 사이의 예상 비율, 및 이러한 FET에서 다른 PS의 예상 사용가능성은 검출된 신호의 품질, 사용 가능한 픽셀의 양, 광원(예를 들어, 레이저(600))으로부터 요구되는 조명 레벨 사이의 균형을 설정하기 위해 컨트롤러에 의해 사용될 수 있다. 상이한 FET에서의 사용가능성 모델은 또한 적용 가능한 경우, 이미징 시스템(100, 100' 및 100")에 의해 생성된 게이트 이미지의 거리 범위를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러한 이미징 시스템의 센서로서 임의의 PDD(1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)를 추가로 통합하는 것은 이전 단락에서 논의된 이점을 추가할 것이다.
예를 들어, 방법(2400, 2500 및 3500) 중 하나 이상은 시스템(1900)(또는 임의의 PDD(1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)를 포함하는 임의의 EO 시스템)에 의해 구현될 수 있다. 시스템(1900)(또는 언급된 임의의 PDD)과 관련하여 논의된 DC 축적 영향의 감소는 더 긴 FET의 활용을 가능하게 한다. 임의의 방법을 구현하는 것은 더 긴 가능한 FET를 용이하게 하는 데 사용될 수 있는데, 이는 비교적 긴 FET 인에이블 시스템(1900)(또는 언급된 PDD 중 하나를 갖는 다른 EO 시스템)에서 어느 PS가 일시적으로 사용 불가능한지 결정하면 그러한 PS를 무시하고 선택적으로 이들의 검출 출력을 인접 PS의 데이터로 대체할 수 있기 때문이다.
도 30은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 PDA(4110)의 3개의 다이어그램을 도시한다. 다이어그램 A를 참조하면, PDA(4110)는 복수의 PS(4120)를 포함한다. PS는 SWIR 광, IR 및/또는 가시 스펙트럼의 다른 부분, 또는 전자기 스펙트럼의 임의의 다른 부분에 민감할 수 있다. 도시된 예에서, PS(4120)는 행과 열로 배열되지만, PS의 임의의 다른 기하학적 배열이 구현될 수 있다. 도시된 예에서 각각의 PS는 각 PS의 행에 대응하는 문자와 각 PS의 열에 대응하는 숫자로 표시된다.
일부 유형의 PS는 위에서 더 자세히 논의한 바와 같이, 상대적으로 높은 DC를 특징으로 한다. 선택적으로, PS(4120)는 상대적으로 높은 암 전류(예를 들어, 위에서 제공된 임의의 기준 및 예)를 특징으로 할 수 있다. PDA에 의해 캡처된 이미지에 대한 DC의 영향을 줄이는 한 가지 방법은 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때, 동일한 PS에 의해 측정된 레퍼런스 검출 값을 PS의 검출 값으로부터 뺄셈한 것이다. 선택적으로, 차폐 상태에서 얻은 여러 검출 값의 평균을 실제 검출 값으로부터 뺄셈하여, DC 측정의 노이즈를 줄일 수 있다. PDA에 의해 캡처된 이미지에 대한 DC의 영향을 감소시키는 또 다른 방법은 도 31과 관련하여 논의되며, 이는 PDA(또는 PDA가 설치된 EO 시스템)의 FOV로부터 도달하는 광을 검출하는 PS에서의 DC 축적의 영향을 줄이기 위해, 주변 조명으로부터 차폐된 PS에 의한 검출 데이터를 사용하는 것을 포함한다. 두 가지 방법은 단일 PDA에서 동시에(즉, 동일한 광 측정을 보정하기 위함), 서로 다른 시간에, 또는 기타 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
다이어그램 B는 PDA(4110)의 단일 직사각형 영역(4114)에 있는 PS(예시된 예에서, PS의 3개 행, 즉 행 H-J 포함)가 물리적 블록에 의해 주변 광으로부터 차폐되는(따라서, PS의 포토다이오드에 의해 생성된 대부분의 DC 또는 그러한 DC만을 측정함) 배열을 도시한다. 다이어그램 C는 PDA(4110)의 여러 영역(4114)에 있는 PS가 물리적 블록(4130)에 의해 주변 광으로부터 차폐되는 배열을 도시한다. 하나 이상의 영역(4114)은 PDA(4110)의 일 부분(예를 들어, 코너에서; 모서리에 인접함) 또는 PDA의 거리가 떨어진 영역(예를 들어, 중간 및 코너에서; 대향 모서리에 있음)에 위치할 수 있다. 각각의 영역(4114)은 하나 이상의 PS(4120)를 포함할 수 있다(예를 들어, 수십, 수백, 수천 또는 수만 개의 PS(4120)가 각 차폐 영역(4114)에 포함될 수 있음). 물리적 블록(4130)은 단일 연속 블록, 또는 복수의 개별 차단 요소(미도시)를 포함할 수 있다.
도 31은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따른 PDA에 의한 이미지 생성을 위한 방법(4500)을 도시한다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 방법(4500)은 이전 도면과 관련하여 위에서 논의된 프로세서 중 임의의 하나와 같은 프로세서에 의해 선택적으로 수행될 수 있다.
방법(4500)의 스테이지(4510)는 다수의 복제(duplicated) PS를 포함하는 PDA로부터 제1 프레임 기간 동안 측정된 상이한 PS의 검출 값을 획득하는 것을 포함하며, 검출 값은 다음을 포함한다:
a. 제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값(예를 들어, 도 32의 다이어그램(4610)의 PS(C2));
b. 제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값(예를 들어, 다이어그램(4610)의 PS(F1));
c. 제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값(예를 들어, 다이어그램(4610)의 PS(G9));
d. 각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS(예를 들어, 다이어그램(4610)의 PS(I4))의 각 PS의 제4 검출 값. 각각의 제4 PS의 제4 검출 값은 "제1 다크 측정치"라고도 하며, 광으로부터 차폐될 때의 검출 값의 측정에 해당한다. (하나 이상의) 제4 검출 값은 제1 프레임 기간 동안 측정될 수 있지만, 일부 실시예에서는 그렇지 않다.
e. 각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때, 제1 프레임 기간 동안 측정된 적어도 하나의 제5 PS(예를 들어, 다이어그램(4610)의 PS(J2))의 각 PS의 제5 검출 값. 각각의 제5 PS의 제5 검출 값은 "제2 다크 측정치"라고도 한다. (하나 이상의) 제5 검출 값은 제1 프레임 기간 동안 측정될 수 있지만, 일부 실시예에서는 그렇지 않다.
"복제 포토사이트"라는 용어는 제조 부정확성으로 인한 약간의 차이를 제하고 서로 유사한 PS에 속한다. 복제 PS 각각은 실질적으로 동일한 포토리소그래피 마스크 세트에 의해 만들어질 수 있으며 실질적으로 동일한 세트의 제조 프로세스(예를 들어, 서로 동시에)를 거칠 수 있다. 검출 값은 각각의 PS에 의해 출력되는 전기 신호; 그 출력된 전기 신호를 처리(예를 들어, 증폭)하여 수신된 전기 신호; 이러한 전기 신호 중 어느 하나에 대응하는 디지털 값(예를 들어, 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC)를 사용함); 또는 그 출력된 신호를 처리(예를 들어, 동적 범위 차이 보정, 내부 게인 보정 등)하여 수신된 디지털 신호일 수 있다. 선택적으로, 제1 PS, 제2 PS, 제3 PS, 제4 PS 및 제1 PS를 포함하는 PDA의 대부분의 PS는 서로의 복제이다. PS 자체가 (위에서 논의된 의미에서) 서로 복제일 수 있을 뿐만 아니라, 선택적으로 전체 검출 채널 또는 판독 채널(예를 들어, 증폭기, 필터, ADC 모듈 등을 포함함)과 같이, PS와 관련된 시스템의 다른 부분일 수 있음에 유의한다.
스테이지(4520, 4530 및 4540)는 관련된 레퍼런스 PS(적어도 하나의 제4 PS 및 적어도 하나의 제5 PS)에 의한 측정의 도움으로 DC 영향를 보상하는 것을 포함하여, 상이한 "액티브" PS(제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS)에 대한 출력 값을 결정하는 것을 포함한다.
스테이지(4520)는 제1 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값(즉, 제1 PS와 관련된 출력 값)을 결정하는 것을 포함한다. 스테이지(4530)는 제2 검출 값으로부터 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 것을 포함한다. 스테이지(4540)는 제3 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 것을 포함한다. 단지 하나의 제4 PS(또는 제5 PS)만 사용되는 경우, 평균값은 제4 검출 값(또는 제5 검출 값)과 같다. 선택적으로, 단일의 제4 검출 값은 뺄셈 전에 공지의 팩터로 곱해질 수 있다. 둘 이상의 제4 PS(또는 제5 PS)가 사용되는 경우, 각각의 검출 값을 평균화하기 위해 임의의 적절한 유형의 평균이 사용될 수 있다(예를 들어, 산술 평균, 중앙값, 가중 평균, 절사(truncated) 평균, 중간 범위, 윈소라이즈(wisnorized) 평균)
방법(4500)은 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 스테이지(4550)로 계속된다. 제1 프레임 이미지의 생성은 다른 PS의 추가적인 출력 값에 추가적으로 기초할 수 있다.
제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS에 대응하는 출력 값을 결정하는 것에 더하여, 방법(4500)은 PDA의 다른 PS에 대응하는 출력 값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, FOV로부터의 광을 검출하고 그 검출 값이 제1 프레임 이미지의 생성에 사용되도록 의도된 PDA의 모든(또는 대부분의) PS에 대해, 방법(4500)은 각각의 PS의 검출 값으로부터 (복수의 복제된 PS 중) 적어도 하나의 대응하는 레퍼런스 PS의 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여, 이들 PS 각각에 대한 대응 출력 값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 레퍼런스 PS는 전술한 검출 값을 측정할 때, 광으로부터 차폐되는 PS의 그룹이다. 따라서, 아래에서는, 상기 방법(4500)은 스테이지(4550) 이전에, 제1 프레임 기간 동안 각각의 PS의 광 측정에 기초하여 검출 값이 제공되는 복수의 액티브 PS 각각에 대한 출력 값을 결정하는 것을 포함한다고 가정한다. 각각의 출력 값을 결정하는 것은 측정을 실행할 때, 광으로부터 차폐되는 적어도 하나의 레퍼런스 PS의 적어도 하나의 기준 검출 값(또는 "다크 측정치")의 평균을, 각각의 액티브 PS의 검출 값으로부터 뺄셈한 것을 포함한다.
방법(4500)은 광으로부터 차폐되는(따라서, DC 측정을 제공함) 레퍼런스 PS의 그룹의 측정에 기초하여 이미지에 대한 DC 영향이 제거(또는 감소)되는 FOV의 이미지를 연속적으로 생성하기 위해, 많은 추가 프레임(연속적이든 아니든)에 대해 반복될 수 있다. 서로 다른 프레임의 상이한 이미지를 생성하는 데 사용되는 액티브 PS와 레퍼런스 PS 사이의 매핑은 오랜 시간 동안 일정하게 유지될 수 있으며, 심지어 무기한으로 유지될 수 있다(예를 들어, 제조 중에 결정되는 경우).
도 32는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 PDA(4110)의 상이한 액티브 PS(4120)와 PS의 레퍼런스 그룹의 PS(4120)(도시된 예에서, 행 H, I, J) 사이의 매핑을 도시한다. 다이어그램(4610)은 방법(4500)의 전술한 PS들 사이의 연결을 나타내는 반면, 다이어그램(4620)은 각각의 액티브 PS가 레퍼런스 그룹의 하나 이상의 PS에 매핑되는 풀 매핑을 도시한다. 도시된 예에서, 각각의 액티브 PS는 단일 레퍼런스 PS에 매핑되는데, 대응 어드레스는 원래 액티브 PS에서 이탤릭체로 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 액티브 PS의 그룹이 레퍼런스 PS의 그룹보다 크기 때문에, 단일 레퍼런스 PS(또는 다른 예에서는, 동일한 그룹의 레퍼런스 PS)에 모두 매핑되는 복수의 액티브 PS 세트가 존재한다. 예를 들어, 레퍼런스 PS(J6)에 매핑된 2개의 액티브 PS가 존재하며, 레퍼런스 PS(I4)에 매핑된 3개의 액티브 PS가 존재하며, 레퍼런스 PS(J5)에 매핑된 4개의 액티브 PS가 존재한다.
선택적으로, 액티브 PS(예를 들어, 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS)의 검출 값으로부터 뺄셈하게 되는 레퍼런스 값은 제1 프레임 기간 동안 실행되는 각각의 레퍼런스 PS(예를 들어, 제4 PS 및 제5 PS)에 의한 측정치에 기초하여 결정된다. 그러나, 반드시 그런 것은 아니며, 이러한 측정은 선택적으로 제1 프레임 이전(또는 이후)에 실행될 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 PS에 의한 다크 측정은 여러 프레임(예를 들어, 5, 10, 100)마다 실행될 수 있고, 동일한 DC 측정치는 상이한 시간에 액티브 PS에 대해 다른 검출 값이 획득되는 여러 상이한 프레임에 대한 뺄셈에 사용될 수 있다. 선택적으로, 제4 검출 값 및 제5 검출 값은 제1 프레임 기간 동안 측정될 수 있다.
반드시 그런 것은 아니지만, 레퍼런스 검출 값은 액티브 PS가 광에 노출되는 동일한 시간에(동시에, 부분적으로 동시에, 또는 동일한 프레임 지속 기간 내에서) 실행되는 측정치에 기초할 수 있다. 선택적으로, 제4 검출 값 및 제5 검출 값은 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS가 주변 광에 노출될 때, 측정된다.
액티브 PS와 레퍼런스 PS의 연관은 다른 방식으로 다른 시간에 실행될 수 있다. 선택적으로, 이러한 연관(또는 "매핑")은 한 번 실행되고 일정하게 유지될 수 있다. 다른 예에서, 매핑 프로세스는 상이한 시간에(예를 들어, 루틴화된 교정 세션 시, 결함 PS 감지 시 등) 반복된다. 매핑 프로세스는 이러한 모든 PS가 주변 광으로부터 차폐될 때(따라서, 암전류만 또는 주로 암전류를 생성 및 측정함(판독 노이즈 등과 같은 추가 신호가 측정될 수 있음)), 액티브 PS와 레퍼런스 PS 모두의 검출 값을 측정하는 것에 기초할 수 있다. 선택적으로, 이러한 차폐 측정은 상이한 작동 상태(예를 들어, 서로 다른 온도, 서로 다른 노출 시간 등)에서 실행되고, 각 액티브 PS에 대해, 하나(또는 선택적으로, 둘 이상)의 PS의 그룹은 상이한 작동 상태에서의 DC 거동의 유사성을 기반으로 연관된다. 관련 PS(및 선택적으로, 전체 PDA)가 광으로부터 차폐될 때 매칭이 실행되기 때문에, 다른 시간(예를 들어, 서로 다른 프레임)에서 수행된 측정치를 비교할 수 있다.
전술한 바와 같이, 선택적으로, 액티브 PS와 레퍼런스 PS 사이의 매칭은 일정하게 유지된다. 선택적으로, 방법(4500)은 (a) 각 프레임의 제1 검출 값으로부터 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임에 대한 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계; (b) 각 프레임의 제2 검출 값으로부터 각 프레임의 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것 기초하여 추가 프레임에 대한 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계; (c) 각 프레임의 제3 검출 값으로부터 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임에 대한 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및 (d) 각 프레임의 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 각각의 추가 프레임에 대한 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 선택적으로, 액티브 PS와 레퍼런스 PS 사이의 매칭은 광범위한 온도에 대해 일정하게 유지된다. 선택적으로, 이전 단락의 각각의 추가 프레임은 PDA의 상이한 온도에서 취해지고, 여기서 상이한 온도의 제1 온도는 상이한 온도의 제2 온도보다 적어도 20℃ 더 높다. 선택적으로, 제4 PS는 제1 PS 및 제3 PS의 DC 열적 거동과 동등한 DC 열적 거동(즉, 상이한 온도에서의 DC 레벨)을 갖고, 제5 PS는 제2 PS의 DC 열적 거동과 동등하지만 제4 PS의 DC 열적 거동과는 상이하다. 둘 이상의 제4 PS 및/또는 둘 이상의 제5 PS가 있는 경우, 선택적으로, 적어도 하나의 제4 PS는 제1 PS 및 제3 PS의 DC 열적 거동과 동등한 결합된 DC 열적 거동(선택된 평균화에 기초함)을 갖고, 적어도 하나의 제5 PS는 제2 PS의 DC 열적 거동과 동등한 결합된 DC 열적 거동을 갖는다(그러나, 적어도 하나의 제4 PS의 결합된 DC 열적 거동과 상이함). DC 거동은 이들이 서로 다른 온도에서 유사한 경우 동등하다(예를 들어, 선택된 레퍼런스 PS의 DC 측정치 그래프는 레퍼런스 PS의 모든 그래프 중 테스트된 액티브 PS의 그래프에 가장 근접함(예를 들어, 최소 평균 제곱 또는 다른 메트릭 사용)). 선택적으로, 레퍼런스 PS의 DC 측정값은 상이한 온도에서 액티브 PS의 DC 측정값과 비교되기 전에, 스칼라로 곱해질 수 있다(또는, 다르게는 일관되게 조작됨).
선택적으로, 출력 값을 결정하기 이전에는, 제1 프레임 동안 FOV 조명에 노출된 대부분의 PS의 각각의 PS에 대해, 각각의 PS가 주변 조명으로부터 차폐되었을 때 이전에 측정된, 각각의 PS의 검출 값에 기초하여 각각의 PS에 매칭된 적어도 하나의 매칭 레퍼런스 PS를 포함하는 매칭 모델을 획득하는 것이 선행한다. 매칭은 많은 적합한 포맷(예를 들어, 하나 이상의 룩-업 테이블(LUT)) 중 어느 하나로 저장될 수 있다. 선택적으로, 매칭 모델은 적어도 일주일 동안 일정하게 유지되며, 서로 다른 요일에 매칭 모델에 기초하여 상이한 프레임 이미지가 생성된다. 매칭 모델의 예는 다이어그램(4620)에 제공된다.
액티브 PS의 그룹과 레퍼런스 PS의 그룹 사이의 PS의 상대적인 수는 레퍼런스 그룹 내의 PS의 절대적인 수와 마찬가지로 변할 수 있다. 선택적으로, PDA(4110)는 1,000(10)개 이상의 액티브 PS(예를 들어, 1K-10K, 10K-100K, 100K-1M, 1M-10M, 10M-100M, >100M 또는 이들의 임의의 조합)를 포함할 수 있고, 각각의 매칭된 PS는 액티브 PS 수의 1% 미만을 포함하는 차폐 PS(예를 들어, "레퍼런스 PS")의 그룹으로부터 선택된 차폐 PS와 연관된다. 예를 들어, 액티브 PS가 2M인 경우, 주변 광으로부터 차폐되는 20K 이하의 PS를 레퍼런스 그룹으로 사용할 수 있다. 다른 경우에는, <0.1%, 0.1-0.5%, 0.5%-1%, 1%-2%, 2%-5%, 5%-20% 또는 이들의 조합과 같이, 액티브 PS와 레퍼런스 PS의 수 사이에 상이한 비율이 구현될 수 있다. 액티브 PS는 하나 이상의 레퍼런스 PS가 매칭된 경우(예를 들어, LUT와 같은 매칭 모델에 의해), "매칭된 PS"라고도 한다. 선택적으로, 매칭 모델은 복수의 적어도 10K의 매칭된 PS에 대한 매칭을 포함하고, 각각의 매칭된 PS는 매칭된 PS 수의 1% 미만을 포함하는 차폐 PS의 그룹으로부터 선택된 차폐 PS와 연련된다. 임의의 다른 비율 범위가 사용될 수 있다.
매칭 모델을 참조하면, 선택적으로, 매칭 모델은 복수의 매칭된 PS 각각을 정확히 하나의 레퍼런스 PS와 매칭한다. 선택적으로, 매칭 모델은 복수의 매칭된 PS 각각을 정확히 하나의 레퍼런스 PS와 매칭한다.
방법(4500)은 다른 PS를 사용하여 주변 광을 검출하는 시간의 적어도 일부 동안, PS의 일부가 주변 조명으로부터 차폐될 수 있는 임의의 적합한 EO 시스템에서 구현될 수 있다. 이미지를 생성하도록 작동 가능한 EO 시스템이 개시되는데, 이는:
a. 복수의 PS를 포함하는 PDA. 각각의 PS는 검출 기간 동안 각각의 PS에 충돌하는 광량, 및 검출 기간 동안 PS에 의해 생성된 DC의 레벨을 나타내는 검출 값을 출력하도록 작동 가능하다. 선택적으로, 검출 값은 본 명세서의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 또는 당업계에 달리 공지된 바와 같이, PS와 프로세서 사이의 전환(transition) 시 다소 처리될 수 있다.
b. 적어도 제1 프레임 기간 동안 주변 조명으로부터 복수의 PS의 서브그룹을 차폐하기 위한 실드. 이러한 실드는 광을 차단하거나, 광을 반사하거나, 광을 회절시키거나, 또는 작동 시 광이 차폐된 PS에 도달하는 것을 방지하는 임의의 다른 적절한 방식으로 이를 조작할 수 있다. 실드는 고정적 및/또는 선택적(예를 들어, 이동 가능)일 수 있다.
c. 프로세서, 이는 (예를 들어, 설계, 구성 등을 통해) 다음의 단계를 수행할 수 있다:
d. 제1 프레임 기간 동안 측정된 PDA의 상이한 PS의 복수의 검출 값을 획득하는 단계. 상기 획득된 검출 값은 (a) 제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값; (b) 제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값; (c) 제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값; (d) 각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값; 및 (e) 각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출값을 포함한다.
e. 상기 제1 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계;
f. 상기 제2 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계;
g. 상기 제3 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및
h. 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값, 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 단계.
출력 값의 결정과 관련하여, 추가 계산이 뺄셈에 더하여 구현될 수 있고, 뺄셈된 값은 선택적으로 뺄셈 이전에, (예를 들어, 각각의 PS에 의한 검출 레벨의 선형성 보정을 위해) 전처리될 수 있다는 점에 유의한다.
선택적으로, PDA의 대부분의 PS는 서로 복제(또는 중복)되며, 대부분은 제1 PS, 제2 PS, 제3 PS, 제4 PS 및 제1 PS를 포함한다. 선택적으로, 제4 검출 값 및 제5 검출 값은 제1 프레임 지속 기간 동안 측정된다. 선택적으로, 제4 검출 값 및 제5 검출 값은 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS가 주변 광에 노출될 때 측정된다. 선택적으로, 적어도 하나의 제4 PS는 제1 PS 및 제3 PS의 DC 열적 거동과 동등한 DC 열적 거동을 갖고, 적어도 하나의 제5 PS는 제2 PS의 DC 열적 거동과 동등한 다른 DC 열적 거동을 갖는다.
선택적으로, 프로세서는 (a) 각각의 프레임의 제1 검출 값으로부터 각각의 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임에 대한 제1 PS 출력 값을 결정하고; (b) 각각의 프레임의 제2 검출 값으로부터 각각의 프레임의 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임에 대한 제2 PS 출력 값을 결정하고; (c) 각각의 프레임의 제3 검출 값으로부터 각각의 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임에 대한 제3 PS 출력 값을 결정하고; 및 (d) 각각의 프레임의 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 추가 프레임 각각에 대한 프레임 이미지를 생성하도록, 추가로 작동할 수 있다. 이러한 경우, 각각의 추가 프레임은 선택적으로 PDA의 상이한 온도에서 취해질 수 있고, 상이한 온도의 제1 온도는 상이한 온도의 제2 온도보다 적어도 20℃ 더 높다.
선택적으로, EO 시스템은 제1 프레임 동안 FOV 조명에 노출된 대부분의 PS의 각 PS에 대해, 각각의 PS가 주변 조명으로부터 차폐되었을 때 이전에 측정된 각각의 PS의 검출 값에 기초하여 각각의 프레임에 매칭된 적어도 하나의 매칭 레퍼런스 PS를 포함하는 매칭 모델을 저장하기 위한 메모리 모듈을 추가로 포함할 수 있고, 프로세서는 추가로 매칭 모델에 응답하여 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값을 결정하도록 작동가능하다. 선택적으로, 매칭 모델은 적어도 일주일 동안 일정하게 유지되며, 서로 다른 요일에 매칭 모델에 기초하여 상이한 프레임 이미지가 생성된다. 선택적으로, 매칭 모델은 복수의 적어도 10,000개의 매칭된 PS에 대한 매칭을 포함하고, 각각의 매칭된 PS는 매칭된 PS 수의 1% 미만을 포함하는 차폐 PS 그룹으로부터 선택된 차폐 PS와 연관된다.
방법(4500)에 따른 광검출기 검출에 기초한 이미지 생성을 위해, 기계 판독 가능한 명령어를 갖는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 구현될 수 있다. 예를 들어, 저장된 명령어를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 개시된다. 프로세서에서 실행될 때, 다음의 단계를 수행한다:
a. 다수의 복제 PS를 포함하는 PDA로부터 제1 프레임 지속 기간 동안 측정된 상이한 PS의 검출 값을 획득하는 단계. 상기 검출 값은 (a) 제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값; (b) 제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값; (c) 제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값; (d) 각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값; 및 (e) 각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함한다.
b. 상기 제1 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계;
c. 상기 제2 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계;
d. 상기 제3 검출 값으로부터 상기 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및
e. 적어도 상기 제1 PS 출력 값, 상기 제2 PS 출력 값 및 상기 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 단계.
위에서 논의된 모든 변형은 필요한 부분만 약간 수정하여 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 적절한 명령어에 의해 구현될 수 있으며, 간결함을 이유로 반복되지 않는다.
도 33은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 PDA의 PS 사이의 매칭 모델을 결정하기 위한 방법(4600)을 도시한다. 매칭 PS는 상이한 PS의 매칭 DC 거동을 나타낸다. 매칭 모델은 방법(4500)과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 또는 임의의 다른 용도를 위해, 실시간 측정에 대한 DC의 영향을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 매칭 모델의 결정은 결함 PS를 검출하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 양호한 매칭이 없는 PS는 결함으로 간주될 수 있음).
스테이지(4610)는 복수의 상이한 온도에서 PDA의 복수의 PS 각각에 대한 검출 신호를 획득하는 것을 포함한다. 예를 들어, 복수의 PS는 방법(4500)의 제1 PS, 제2 PS, 제3 PS, 제4 PS 및 제5 PS, 및 다수의 다른 PS를 포함할 수 있다. 예시적인 선택적 실시예에서, 복수의 PS는 PDA의 모든 PS, PDA의 모든 작동 PS, PDA의 적어도 90%의 PS, 또는 PDA의 PS의 다른 서브세트를 포함할 수 있다. 검출 신호는 공통 이산(discrete) 온도(예를 들어, T1, T2, T3, T4 등)에서 상이한 PS에 대해 측정될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 PS(또는 PS의 각 그룹)에 대한 검출 신호는 상이한 온도에 대해 획득될 수 있다(예를 들어, PS(A5)의 경우, 온도 T(A5,1), T(A5,2), T(A5,3) 및 T(A5,4)에서의 검출 신호가 획득될 수 있는 반면, PS(B5)의 경우, 온도 T(B5,1), T(B5,2) 및 T(B5,3)에서의 검출 신호를 획득될 수 있다). 반드시 그런 것은 아니지만, 상이한 수의 온도에서 상이한 PS에 대해 검출 신호가 획득될 수 있다. 선택적으로, 복수의 PS에 대해 검출 신호가 획득되는 최저 온도는 물이 어는 온도(0℃)보다 낮은 반면, 최고 온도는 물이 증발하는 온도(100℃)보다 높다. 다른 범위의 온도도 구현될 수 있다. 단지 몇 가지 예에서, 복수의 PS 각각에 대해 검출 신호가 측정되는 온도 범위는 다음 온도 범위(0℃-70℃, -20℃-70° C, -40℃-20℃, 25℃-150℃, 100℃-250℃, -70℃--40℃) 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 상이한 PS에 대한 신호 측정치는 또한 다른 작동 상태(예를 들어, 노출 시간, 포토다이오드 바이어스 등)의 변동에 따라 측정될 수도 있다.
방법(4600)의 스테이지(4620)는 PDA의 액티브 PS 그룹의 각 PS에 대해, 상이한 온도에 걸쳐(및 가능하게는 위에서 논의한 바와 같이, 다른 작동 파라미터의 범위에 걸쳐) 유사한 DC 거동을 갖는 PDA의 레퍼런스 PS 그룹의 적어도 하나의 PS를 식별하는 것을 포함한다. 매칭 레퍼런스 PS의 선택은 최소 평균 제곱 또는 유사하게 거동하는 PS를 찾기 위한 임의의 다른 알고리즘에 기초하여 수행될 수 있다.
방법(4600)은 선택적으로 본 개시내용에서 논의된 적절한 시스템 중 임의의 하나에 의해 구현될 수 있다. 선택적으로, 방법(4600)은 외부 시스템에 의해 또는 외부 시스템과 함께, 제조 동안 구현될 수 있음에 유의한다. 방법(4600)(또는 본 개시내용에 개시된 임의의 다른 방법)의 실행을 위한 명령어를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 개시내용의 간결함을 이유로 참조로만 개시된다.
도 34는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라, 4개의 상이한 온도에 걸친 50개의 PS의 예시적인 시뮬레이션된 검출 신호의 그래프(4700)를 도시한다. 예시된 예에서, 50개의 PS의 4개 그룹은 온도에 대한 DC 응답에서 구별될 수 있다. 이러한 그룹은 4710, 4720, 4730 및 4740으로 참조된다. 제공된 예에서, 약 10개의 레퍼런스 PS로 구성된 레퍼런스 그룹은 전체 PDA에 대해 매칭되기에 충분할 것이다. 물론, PS 아키타입(architype)의 실제 수는 4보다 클 수 있다.
방법(4600)으로 돌아가면, 스테이지(4630)는 액티브 PS의 그룹의 각 PS를 스테이지(4620)에서 식별된 유사한 DC 거동을 갖는 PDA의 하나 이상의 PS와 연관시키는 매칭 모델을 생성하는 것을 포함한다. 스테이지(4630)는 추가 파라미터가 고려될 수 있기때문에, 최상의 매칭보다 적은 하나 이상의 매칭 PS를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(4620)에서의 양호한 매칭 결과에 더하여, 스테이지(4630)는 또한 기하학적 근접성을 고려할 수 있다(예를 들어, 가까운 레퍼런스 PS의 선택을 선호함). 기하학적 근접성은 예를 들어, 실시간 작동 동안 PDA의 다른 부분에서 상이한 온도를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
방법(4600)은 또한 - 스테이지(4630)에 더하여, 또는 대안적으로 - PDA의 적어도 하나의 결함 PS를 식별하는 스테이지(4640)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(4640)는 각각의 액티브 PS에 대해, 매칭되는 충분성 기준을 충족하는 매칭 PS가 발견되지 않는 경우, 액티브 PS의 그룹의 PS가 결함있는 것으로 간주되는 것으로 결정하는 것을 포함할 수 있다.
방법(4600)은 또한 PDA의 어떤 PS가 레퍼런스 PS로 사용되고 어떤 것이 액티브 PS로 사용되는지를 결정하는 것과 같은 추가 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법(4600)이 제조 동안 실행되는 경우, 액티브 PS를 레퍼런스 그룹에 매칭시키는 품질에 기초하여, 적어도 DC 측정 시간 동안 레퍼런스 PS를 차폐하는 광 배리어가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 30의 다이어그램 B를 참조하면, 그러한 스테이지는 배리어(4130)가 PDA(4110)의 2, 3 또는 4개의 행(예를 들어, I-J, H-J 또는 G-J 행)을 커버해야 하는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 도 30의 다이어그램 C에서, 이러한 스테이지는 측면의 더 작은 레퍼런스 영역이 요구되는 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
방법(4600)의 다른 스테이지는 원래 매칭된 레퍼런스 PS가 PDA의 수명 주기 동안 결함을 가지게 될 경우, 액티브 PS의 그룹의 각 PS에 대한 백업 매칭 레퍼런스 PS를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
방법(4600)의 매칭 모델이 사용될 수 있는 또 다른 용도는 PDA의 서로 다른 부분 사이의 온도 차이를 결정하기 위한 것이다. 예를 들어, 방법(4600)(및 특히 스테이지(4620))의 매칭 결과에 기초하여, 유사한 DC 거동을 갖는 PS 패밀리가 PDA의 다른 부분에서 식별될 수 있다. 예를 들어, 도 35는 각 PS가 6개의 패밀리("A", "B", "C", "D", "E" 및 "F") 중 하나로 분류되거나, 또는 패밀리 매칭이 식별되지 않는 경우, 결함(표시)으로 표시된 PDA(4800)(일부 예에서, PDA(4100)일 수 있음)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상이한 패밀리의 PS는 도시된 예에서 PDA 전체에 흩어져 있다. 다크 프레임(PDA의 다른 부분 및 선택적으로 전체 PDA에 있는 PS)이 취해질 수 있고, 단일 패밀리에 속하는 PS의 DC 측정값이 서로 비교될 수 있다. 이러한 패밀리의 PS의 DC 거동이 알려져 있기 때문에, 측정값의 차이는 PDA의 다른 부분에서의 온도 차이에 기인할 수 있다. 물론, 실시간 작동 중에 PDA의 온도 맵을 생성하기 위해 다른 패밀리의 정보가 결합될 수 있다. 온도 차이 검출에 사용될 수 있는 매칭은 DC 영향의 감소에 사용되는 것과 상이할 수 있다(예를 들어, 더 적은 아키타입/패밀리가 사용될 수 있음). 결정된 온도 차이는 추후 측정된 검출 신호의 이미지의 다른 부분을 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다. 이러한 매칭 모델에 기초한 온도 차이의 검출은 DC 보상과 동일한 시스템에서 또는 독립적으로 구현될 수 있음에 유의한다.
방법(4600)의 변형은 레퍼런스 PS와 액티브 PS 사이에 구별을 두거나 구별하지 않으면서, PS들을 적어도 최소 수의 PS(예를 들어, 3, 5, 10, 30)를 포함하는 PS 패밀리에 매칭시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 매칭이 달성되면, PS 패밀리의 DC 거동을 나타내는 데이터 및/또는 각 패밀리의 PS에 대한 DC의 영향을 감소시키기 위한 작동 파라미터에 대한 데이터는 각각의 개별 PS가 아닌 각각의 패밀리에 대해 저장될 수 있다. 따라서, 각 패밀리에 대해 많은 파라미터가 저장될 수 있다(예를 들어, 다양한 온도 및/또는 다른 작동 파라미터에서 예상되는 DC 레벨, 상이한 온도에서 사용되는 게인 등). 이러한 방식으로, 일부 PS를 광으로부터 차폐하거나 차폐하지 않으면서, DC 영향의 영향을 줄이는 데 필요한 데이터 저장을 위한 메모리 요구 사항이 크게 줄어든다. 예를 들어, 2 메가픽셀 PDA의 경우, LUT가 2M PS 각각을 각각의 패밀리와 연관시키는 동안, 많은 DC 파라미터는 (예를 들어) 100, 200 또는 1,000개 패밀리에 대해서만 저장될 수 있다.
방법(4500 및 4600)은 위에서 논의된 임의의 방법 및 위에서 논의된 임의의 PDA, PDD 및 EO 시스템과 함께 사용될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, PDD(1900)의 차폐된 PS는 방법(4500 및 4600)의 레퍼런스 PS로 사용될 수 있다.
전술한 다이어그램을 참조하면, 방법(4500 및 4600) 뿐만 아니라 이들의 2개 이상의 스테이지의 임의의 조합은 이전 다이어그램과 관련하여 위에서 논의된 임의의 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
전술한 방법의 일부 스테이지는 컴퓨터 시스템과 같은 프로그래밍 가능한 장치에서 실행할 때 관련 방법의 단계를 수행하기 위한 코드 부분을 적어도 포함하거나, 본 개시내용의 장치 또는 시스템의 기능을 수행할 수 있게 하는 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 이러한 방법은 또한 컴퓨터가 본 개시내용의 방법의 단계를 실행하게 하는 코드 부분을 적어도 포함하는 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
도 36은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SWIR EO 시스템 또는 "SEI 시스템"이라고도 함)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위한 방법(5500)을 도시한다. SEI 시스템은 위에서 논의된 임의의 시스템이거나, 임의의 다른 적절한 SWIR EO 시스템(예를 들어, 센서, 카메라, 라이다 등)일 수 있다. 방법(5500)은 SEI 시스템의 하나 이상의 프로세서, SEI 시스템 외부의 하나 이상의 프로세서, 또는 이들의 조합에 의해 실행될 수 있다.
방법(5500)에서, 스테이지(5510)는 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 것을 포함하며, 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임(즉, 각각의 검출 신호가 캡처되는, 예를 들어 레이저와 같은 관련 광원에 의한 조명 트리거으로부터 측정되는 검출 시간 프레임)에 걸쳐 SEI 시스템의 FOV 내의 특정 방향으로부터 SEI 시스템의 적어도 하나의 FPA에 의해 캡처된 광량을 나타낸다. 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되는 Ge 엘리먼트를 포함한다. 방법(5500)은 Ge를 포함하지 않고 다른 요소를 포함할지라도, 높은 DC를 특징으로 하는 모든 유형의 PS에 대해 구현될 수 있음에 유의한다.
FOV 내에서 복수의 방향의 각 방향에 대해, (앞서 언급한 복수의 검출 신호 중) 상이한 검출 신호는 방향을 따라 상이한 거리 범위로부터 반사된 SWIR 조명의 레벨을 나타낸다. 예가 도 37의 다이어그램(5710)에 제공되는데, 이는 FOV 내에서 동일한 방향으로부터 도달하는 3개의 상이한 검출 신호의 타이밍을 도시한다. 다이어그램의 y축(세로축)은 관련 방향으로부터 도달하는 반사된 광자에 대한 검출 시스템의 응답 레벨을 나타낸다. 반사된 조명은 FPA를 제어하는 동일한 프로세서에 의해 선택적으로 제어되며, FOV의 일부(예를 들어, 단일 PS에 의해 검출될 수 있는 공간 볼륨에 대응함)에서 반사되는 하나 이상의 광원(예를 들어, 레이저 또는 LED)에서 발생한다. 상이한 검출 신호는 FOV의 유사하지만 완전히 겹치지 않는 부분과 연관될 수 있다(예를 들어, 센서, 장면 또는 둘 사이의 중간 광학장치가 시간에 따라 움직이는 경우). 동일한 PS로부터의 검출 신호는 상이한 검출 신호와 연관된 상이한 검출 시간 윈도우에서 FOV 내의 다소 상이한 각도로부터 반사될 수 있다.
도 37의 예를 참조하면, 다이어그램(5710)은 각 신호의 검출 레벨을 나타내지 않고, 오히려 광 방출 개시로부터 상이한 시간에 완전 반사체로부터 반사된 광자에 대한 검출 신호의 응답을 나타낸다는 점에 유의한다. 다이어그램(5720)은 SEI 시스템으로부터 서로 다른 거리에 위치한 3개의 객체를 나타낸다. 많은 경우에, 각 방향에서, SEI 시스템에 가장 가까운 객체인 하나의 객체만 매번 감지된다는 점에 유의한다. 그러나, 일부 시나리오에서는, 둘 이상의 객체가 검출될 수 있다(예를 들어, 전경 객체가 부분적으로 투명하거나, 전체 PS로부터의 광을 차단하지 않는 경우). 다이어그램(5730)은 객체 중 하나가 존재하는 방향에서의 3개의 돌아오는 신호의 레벨을 보여준다. 이러한 예에서, 근 거리에는 사람이, 중간 거리에는 개, 원 거리에는 나무(객체의 선택은 임의적이며, 각 객체의 일부분에서 반사되는 광만이 일반적으로 단일 PS에 의해 검출된다)가 있다. 거리 D1에 있는 객체로부터 돌아오는 광은 3개의 상이한 검출 신호(이는 SEI 시스템의 상이한 검출 타이밍 윈도우 및 상이한 거리에 대응함)에 대한 사람 모습으로 표시된다. 마찬가지로, 거리 D2 및 D3에 있는 객체로부터 반사된 광에 대응하는 검출 신호의 레벨은 그에 상응하는 개 및 나무 기호로 표시된다. 도면(5740)에 도시된 바와 같이, 주어진 거리에 위치하는 객체로부터의 반사는 투플(tuple)(또는 방향-관련 데이터-구조(DADS)의 임의의 적합한 형태와 같은, 데이터의 임의의 다른 표현)로 변환될 수 있으며, 이는 상이한 시간 윈도우에서 검출된 신호의 상대적 레벨을 나타낸다. 도시된 예에서, 투플의 각 숫자는 하나의 검출 윈도우에서 검출된 신호 레벨을 나타낸다. 투플의 검출 레벨 표시는 센서로부터의 거리에 대해 보정될 수 있지만(동일한 객체로부터의 반사광이 거리에 따라 감소하므로), 반드시 그런 것은 아니다. 도시된 예에서, 3개의 부분적으로 중첩되는 시간 윈도우가 사용되었지만, 임의의 수의 시간 윈도우가 사용될 수 있다. 시간 윈도우의 수는 FOV의 상이한 영역에 대해 동일할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
스테이지(5520)는 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 것을 포함한다. 상기 처리는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암전류(DC) 레벨을 보상하는 것을 포함하고, 상기 보상은 적어도 하나의 초점 평면 어레이의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 암전류 보상을 적용하는 것을 포함한다.
축적된 암전류를 보상하는 것에 더하여, 또는 그 대신에, 상기 처리는 복수의 검출 신호를 판독하는 동안, 고집적 노이즈 레벨 및/또는 판독 노이즈 레벨을 보상하는 것을 포함할 수 있다. 상기 보상은 적어도 하나의 초점 평면 어레이의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 노이즈 레벨 보상을 적용하는 것을 포함할 수 있다.
DC의 수집, 판독 노이즈 및/또는 집적(integration) 노이즈에 대한 보상은 소프트웨어, 하드웨어, 및 펌웨어 중 임의의 하나 이상의 임의의 조합을 사용하여 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 특히, DC의 수집에 대한 보상은 전술한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품 중 임의의 하나 이상 또는 그 일부의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. DC를 보상하고 적어도 하나의 초점 평면 어레이의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 DC 보상 정도를 적용하기 위해 사용될 수 있는 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 일부 비-제한적 예는 도 12a 내지 도 35와 관련하여 위에서 논의되었다.
일부 실시예에서, 상기 보상은 (예를 들어, 센서의 하드웨어 레벨에서) 복수의 검출 신호를 획득하는 동안 실행될 수 있고, 상기 처리는 DC 축적을 이미 보상하고 있는 검출 신호에 대해 실행될 수 있다(도 12a 내지 도 22와 관련하여 전술한 시스템 및 방법을 사용함).
스테이지(5520) 내의 보상을 참조하면, 상기 보상은 선택적으로 제1 검출 범위에 대응하는 제1 PS에 의해 검출된 제1 검출 신호로부터 제1 DC 보상 오프셋을 뺄셈하는 단계; 및 상기 제1 검출 범위보다 상기 SEI 시스템으로부터 더 멀리 떨어진 제2 검출 범위에 대응하는 상기 제1 PS에 의해 검출된 제2 검출 신호로부터 상기 제1 DC 보상 오프셋과 상이한 제2 DC 보상 오프셋을 뺄셈하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 방법(5500)은 (예를 들어, SEI 시스템의 적어도 하나의 광원에 의한) 액티브 조명의 조정 및 검출 신호의 획득을 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(5500)은 (a) 복수의 방향 중 상이한 방향에 대해 복수의 제1 검출 신호가 검출되는 제1 게이트(gated) 이미지의 노출 개시와 함께 제1 조명(예를 들어, 레이저, LED)의 방출을 트리거하는 단계; (b) 상이한 방향에 대해 복수의 제2 검출 신호가 검출되는 제2 게이트 이미지의 노출 개시와 함께 제2 조명(예를 들어, 레이저, LED)의 방출을 트리거하는 단계; (c) 상이한 방향에 대해 복수의 제3 검출 신호가 검출되는 제3 게이트 이미지의 노출 개시와 함께 제3 조명(예를 들어, 레이저, LED)의 방출을 트리거하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 스테이지(5520)의 상기 처리는 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제1 방향 내의 제1 3D 위치에서 제1 객체의 존재를 결정하는 단계, 및 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제2 방향 내의 제2 3D 위치에서 제2 객체의 존재를 결정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있고, 여기서 SEI 시스템으로부터의 제1 객체의 거리는 SEI 시스템으로부터의 제2 객체의 거리의 적어도 2배이다.
선택적으로, 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것은 FOV로부터 도달하는 광으로부터 차폐되는 상이한 레퍼런스 PS의 검출된 DC 레벨을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 보상은 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 동시에 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함할 수 있다.
집적 노이즈 및 판독 노이즈를 참조하면, 이러한 노이즈에 대한 보상은 각각의 검출 신호를 획득하는 동안, 방법(5500)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서에 의해 FOV의 일부를 조명하는 데 사용되는 조명 펄스의 수와 상관될 수 있음에 유의한다. 상이한 수의 조명 펄스는 검출된 신호의 상당한 비-선형성을 야기할 수 있으며, 이는 FOV에서 상이한 객체의 거리/3D 위치를 결정하기 전에, 처리의 일부로서 선택적으로 보정된다.
FOV 내의 상이한 객체에 대한 거리/3D 위치를 결정하기 위한 DADS의 사용을 참조하면, (예를 들어, 센서 및/또는 검출 객체의) FOV에 걸친 검출 채널의 불균일성, 조명의 불균일성(예를 들어, 다수 광원 사용, 광원 비균일성 또는 광학장치 비균일성)을 보상하기 위해, 거리에 대한 DADS의 상이한 변환 함수(예를 들어, 투플)가 FOV 내의 상이한 방향에 대해 사용될 수 있음에 유의한다.
FOV 내에서 동일한 방향으로부터의 상이한 검출 신호는 동일한 거리 또는 상이한 거리일 수 있는 상이한 검출 윈도우에 대응한다. 예를 들어, 검출 윈도우는 약 50m(예를 들어, SEI 시스템으로부터의 80m와 SEI 시스템으로부터의 130m 사이)인 거리 범위에 대응할 수 있다. 다른 예에서, FOV 내의 객체에 대한 거리/3D 위치를 결정하는 데 사용되는 검출 윈도우의 일부 또는 전부는 0.1m 내지 10m, 5m 내지 25m, 20m 내지 50m, 50m 내지 100m, 100m 내지 250m 등의 거리 범위일 수 있다. 상이한 검출 신호와 관련된 거리 범위는 중첩될 수 있다. 예를 들어, 제1 검출 윈도우는 SEI 시스템으로부터의 거리가 0m 내지 50m인 객체로부터 돌아오는 광을 검출할 수 있고, 제2 검출 윈도우은 거리가 25m 내지 75m인 객체에 대응할 수 있고, 제3 검출 윈도우는 거리가 50m 내지 150m인 객체에 대응할 수 있다.
방법(5500)은 전술한 임의의 시스템의 프로세서를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. SEI 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템이 개시되며, 이러한 SEI 시스템은 적어도 하나의 프로세서를 포함하는데, 상기 프로세서는 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계(여기서, 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 SEI 시스템의 FOV 내의 특정 방향으로부터 SEI 시스템의 적어도 하나의 FPA에 의해 캡처된 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되는 Ge 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내에서 복수의 방향 중 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 방향을 따라 상이한 거리 범위로부터 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고); 및 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3D 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 단계(여기서, 상기 처리는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 DC 레벨을 보상하는 것을 포함하고, 상기 보상은 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함함)를 구현하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 보상은 제1 검출 범위에 대응하는 제1 PS에 의해 검출된 제1 검출 신호로부터 제1 DC 보상 오프셋을 뺄셈하는 단계; 및 상기 제1 검출 범위보다 상기 SEI 시스템으로부터 더 멀리 떨어진 제2 검출 범위에 대응하는 제1 PS에 의해 검출된 제2 검출 신호로부터, 상기 제1 DC 보상 오프셋과 상이한 제2 DC 보상 오프셋을 뺄셈하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 프로세서는 (a) 상기 복수의 방향 중 상이한 방향에 대해 복수의 제1 검출 신호가 검출되는 제1 게이트 이미지의 노출 개시와 함께 제1 조명의 방출을 트리거하는 단계; (b) 상이한 방향에 대해 복수의 제2 검출 신호가 검출되는 제2 게이트 이미지의 노출 개시와 함께 제2 조명의 방출을 트리거하는 단계; 및 (c) 상이한 방향에 대해 복수의 제3 검출 신호가 검출되는 제3 게이트 이미지의 노출 개시와 함께 제3 조명의 방출을 트리거하는 단계를 추가로 포함하도록 구성된다. 그러한 경우에, 적어도 하나의 프로세서는 3D 검출 맵 결정의 일부로서: (a) 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제1 방향 내의 제1 3D 위치에서 제1 객체의 존재를 결정하는 단계; 및 (b) 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제2 방향 내의 제2 3D 위치에서 제2 객체의 존재를 결정하는 단계를 포함하도록 구현될 수 있고, 여기서 SEI 시스템으로부터의 제1 객체의 거리는 SEI 시스템으로부터의 제2 객체의 거리의 적어도 2배이다.
선택적으로, 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것은 FOV로부터 도달하는 광으로부터 차폐되는 상이한 레퍼런스 PS의 검출된 DC 레벨을 사용하는 것을 포함한다.
선택적으로, 상기 보상은 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 동시에 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 프로세서 중 하나 이상의 프로세서(및 가능하면 모두)는 SEI 시스템의 일부일 수 있다.
전술한 도면을 참조하면, 방법(5500) 및 그것의 2개 이상의 스테이지의 임의의 조합은 이전 도면과 관련하여 전술한 임의의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 전술한 도면을 참조하면, 방법(4600) 및 그것의 2개 이상의 스테이지의 임의의 조합은 이전 도면과 관련하여 전술한 임의의 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
방법(5500) 및 관련 시스템이 SWIR EO 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 것과 관련하여 논의되었지만, 유사한 방법 및 시스템이 전자기 스펙트럼의 다른 부분에서 작동하는 경우에도, 높은 DC 또는 다른 노이즈 및 신호 간섭을 특징으로 하는 EO 이미징 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는데, 필요한 부분만 수정하여 사용될 수 있다.
머신 판독 가능 명령어를 갖는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 방법(5500)에 따라 SEI 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 개시된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에서 실행될 때, 다음의 단계를 수행하는 저장된 명령어를 포함한다.
a. SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계로서, 각각의 검출 신호은 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 SEI 시스템의 FOV 내의 특정 방향으로부터 SEI 시스템의 적어도 하나의 FPA에 의해 캡처된 광량을 나타내고, 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되는 Ge 엘리먼트를 포함하고, FOV 내의 복수 방향의 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 방향에 따른 상이한 범위로부터 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타낸다.
b. 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3D 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 단계로서, 상기 처리하는 단계는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 DC 레벨을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 보상하는 단계는 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함한다.
이전 단락의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에서 실행될 때 방법(5500)과 관련하여 위에서 논의된 임의의 다른 단계 또는 변형을 수행하는 저장된 추가 명령어를 포함할 수 있다.
도 38a 내지 38c는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 센서(5200)를 도시한다. 센서(5200)는 FOV에서 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능하다. 센서(5200)는 아래에서 논의되는 적용(이는 컨트롤러(5250) 및 그 기능뿐만 아니라 관련 스위치를 포함함)과 함께, (임의의 용어 하에서) 위에서 논의된 임의의 센서의 변형일 수 있다는 점에 유의한다. 상이한 센서에 대해 위에서 논의된 많은 세부 사항, 옵션 및 변형은 간결함 때문에 반복되지 않으며, 필요한 부분만 수정하여 센서(5200)에서 구현될 수 있다.
센서(5200)는 차례로 복수의 PS(5212)를 포함하는 FPA(5290)를 포함하고, 각각의 PS는 PS의 IFOV로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하다. 상이한 PS(5212)는 센서(5200)의 FOV(5390) 내에서 상이한 방향으로 지향된다. 예를 들어, 도 42의 FOV(5390)를 참조하면, 제1 PS(5212(a))는 제1 IFOV(5312(a))를 향해 지향될 수 있고, 제2 PS(5212(b))는 제2 IFOV(5312(b))를 향해 지향될 수 있고, 제3 PS(5212(c))는 제3 IFOV 5312(c)를 향해 지향될 수 있다. PS(PS(5212(a), 5212(b) 및 5212(c)를 포함하여 집합적으로 5210으로 표시됨)의 판독-그룹에 의해 집합적으로 검출 가능한 FOV(5390)의 일부는 5310으로 표시된다. PS(5312)의 임의의 유형은 예를 들어, 단일 포토다이오드 또는 복수의 포토다이오드를 포함하여 구현될 수 있다. 단일 판독-그룹(5210)의 상이한 PS(5212)(및 선택적으로 전체 FPA(5290)의 경우에도)는 실질적으로 서로 중복될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니며, 상이한 유형의 PS(5212)는 선택적으로 단일 FPA(5290) 및 심지어 단일 판독-그룹(5210)에서 구현될 수 있다. 단일 판독-그룹(5210)의 상이한 PS(5212)(및 선택적으로 전체 FPA(5290)의 경우에도)는 전자기 스펙트럼의 동일한 부분 또는 그것의 다른 부분에 민감할 수 있다. 본 개시내용의 다른 부분(예를 들어, 위)에서 논의된 임의의 하나 이상의 유형의 PS는 PS(5212)로서 구현될 수 있다.
선택적으로, 단일 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)는 물리적으로 서로 인접해 있음(즉, 판독-그룹(5210)의 각각의 PS(4212)는 판독-그룹의 적어도 하나의 다른 PS(5212)에 물리적으로 인접하여, 판독-그룹(5210)의 임의의 2개의 PS(5212) 사이의 인접한 PS(5212)를 통해 적어도 하나의 연속적인 경로를 생성함)에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 불연속적인 판독-그룹이 또한 구현될 수 있다(예를 들어, FPA(5290)의 일부 PS(5212)에 결함이 있는 경우, FPA(5290)의 일부 PS(5212)가 사용되지 않는 경우(예를 들어, 전력 절약을 위해), 또는 임의의 다른 이유를 가질 경우). FPA(5290)가 하나 이상의 판독-그룹(5210)을 포함하는 경우, 판독-그룹(5210)은 동일한 수의 PS(5212)를 포함할 수 있고(반드시 그런 것은 아님), 동일한 유형의 PS(5212)를 포함할 수 있고(반드시 그런 것은 아님), 동일한 기하학적 구성으로 배열될 수 있다(예를 들어, 도 40a, 40b 및 40c의 예에서 도시된 바와 같이, 1x3 어레이; 그러나, 반드시 그런 것은 아님).
센서(5200)는 다수의 판독 회로(5242)를 포함하는 적어도 하나의 판독-세트(5240)를 포함한다. 임의의 적합한 유형의 판독 회로(종래 기술에서 알려진 다양한 판독 회로)는 판독 회로(5242) 또는 (본 개시내용에서 논의된 다른 시스템의 판독 회로)로서 구현될 수 있다. 예는 커패시터, 적분기 또는 용량성 트랜스-임피던스 증폭기 중 하나 이상을 포함하는(또는 선택적으로 구성되는) 판독 회로를 포함한다(그러나, 이들에 제한되지 않음). 단일 판독-세트(5240) 내의 다수의 판독 회로(5242) 각각은 복수의 스위치(5232)(집합적으로 5230으로 표시됨)에 의해 FPA(5290)의 PS(5212)의 동일한 판독-그룹(5210)에 연결된다. 판독 회로(5242)는 판독 회로(5242)에 연결된 하나 이상의 PS(5212)로부터 신호를 판독하고, 각각의 하나 이상의 PS(5212)가 받는 광의 레벨을 나타내는 데이터를 (예를 들어, 아날로그 또는 디지털 방식으로) 출력한다. 출력된 데이터는 프로세서에 제공되거나, 다른 시스템에 전달되거나, 메모리 모듈에 저장되거나, 다른 방식으로 사용될 수 있다. 단일 판독-세트의 상이한 판독 회로(5242)는 각각의 판독-그룹(5210)의 다양한 PS(5122)에 연결되고, 판독-그룹(5210)의 PS(5212)에 충돌하는 광의 양을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능하다. 판독-그룹(5210)은 복수의 스위치(5230) 중 적어도 하나를 통해 각각의 판독 회로(5242)에 연결된다. 스위치(5232)는 하나 이상의 트랜지스터의 임의의 조합과 같은 임의의 적절한 스위칭 기술로 구현될 수 있음에 유의한다. 스위치(5232)는 FPA(5290)의 일부로 구현될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 스위치(5232)의 일부 또는 전부는 FPA(5290)에 전기적으로(및 선택적으로 또한 물리적으로) 연결된 판독 웨이퍼에 포함될 수 있다. 판독 회로(5242)는 FPA(5290)의 일부로 구현될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 판독 회로(5242)의 일부 또는 전부는 FPA(5290)에 전기적으로(및 선택적으로 또한 물리적으로) 연결된 판독 웨이퍼에 포함될 수 있다.
또한, 센서(5200)는 복수의 스위치(5230)의 스위칭 상태를 변경하도록 구성되어 작동 가능한 적어도 하나의 컨트롤러(5250)를 또한 포함하고, 이에 의해 센서(5200)로부터 상이한 거리에 위치한 객체로부터의 조명 광의 반사에 대해 상이한 판독 회로(5242)를 노출시키기 위해, 판독-세트(5240)의 상이한 판독 회로(5242)가 상이한 시간에 판독-그룹(5210)(즉, 판독-그룹(5210)의 PS(5212))에 연결되도록 한다. 조명 광은 센서(5200) 또는 센서(5200)가 구현되는 임의의 EO 시스템(예를 들어, 카메라, 망원경, 분광계)에 포함된 광원(5260)에 의해 방출될 수 있다. 조명 광은 또한 센서(5200)와 관련된 다른 광원(센서에 의해 제어되든 센서와 함께 공통 컨트롤러에 의해 제어되든) 또는 임의의 다른 광원에 의해 방출될 수 있다.
센서(5200)는 또한 센서(5200)로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하기 위해, PS(5212)의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 판독-세트(5240)로부터 획득하도록 구성된 프로세서(5220)를 포함한다. 이러한 객체는 예를 들어, FOV(5390)의 배경에 있는 탑(5382) 또는 FOV(5390)의 전경에 있는 나무(5384)일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(5200)는 방법(5500) 또는 상기 기술된 임의의 기술(예를 들어, 도 36 및 도 37과 관련하여)을 구현할 수 있다.
도 38, 도 38b 및 도 38c는 판독-세트(5240)의 상이한 스위칭 상태에 있는 동일한 센서(5200)를 도시하는데, 판독-세트(5240)는 도시된 예에서, 3개의 PS(5212(a), 5212(b) 및 5212(c))를 포함하는 판독-그룹(5210)에 연결된다. 도 38a에서, 판독 회로(5242)는 어떠한 PS(5212)에 연결되지 않으며, 이 경우 판독이 불가능하다. 도 38b에서, 단일 판독 회로(5242(a))는 모든 3개의 PS(5212)에 연결되어, 단일 판독 회로(5242)에 의해 3개의 PS(5212) 모두에 충돌하는 광을 나타내는 신호의 판독을 가능하게 한다. 예를 들어, 샘플링된 프레임 동안 상이한 시간에, 모든 PS(5212)는 한 번에 하나의 판독 회로(5242)에 순차적으로 연결될 수 있으므로, 항상 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)에 의해 수집된 광이 측정되지만, 상이한 시간에 다른 판독 회로(5242)에 의해 측정된다. 그러한 예가 도 39의 다이어그램(5410)에 제공된다. 앞서 논의된 "프레임"이라는 용어를 참조하면, 상이한 지속 기간의 프레임이 구현될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 60FPS(초당 프레임 수)의 프레임 속도에서, 각 프레임은 1/60초에 대응한다. 그러나, 프레임 검출 지속 기간은 하나 이상의 연속적인 기간(주어진 예에서, 1/60 지속 기간 내에서 시간적으로 분리될 수 있음)에 걸쳐 실질적으로 더 짧을 수 있다(예를 들어, 1-100 마이크로초).
도 38c에서, 다수의 판독 회로의 적절한 서브그룹(도시된 예에서, 판독-회로(5242(b) 및 5242(c))를 포함함)은 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)에 연결되어, 다수의 판독 회로(5242)에 의해 3개 모두의 PS(5212)에 충돌을 광을 나타내는 신호의 판독을 가능하게 한다. 2개의 판독 회로(5212)를 판독-그룹(5210)에 연결하는 것이 도 39의 다이어그램(5420) 및 다이어그램(5430)에 도시되어 있다. 실시예의 요구 사항에 따라, 2개 이상의 판독 회로(5212)가 선택적으로 판독-그룹(5210)에 연결될 수 있다. 다수의 판독 회로(5212)를 단일 판독-그룹(5210)에 연결하는 구현 예는 상이한 검출 신호의 상이한 검출 시간 윈도우(예를 들어, 상기 도 36 및 도 37와 관련하여 논의된 바와 같이) 사이의 전환 시간(transition times) 내에 있다.
예를 들어, 샘플링된 프레임 동안 상이한 시간에, 모든 PS(5212)는 한 번에 하나의 판독 회로(5242)에 순차적으로 연결될 수 있으므로, 항상 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)에 의해 수집된 광이 측정되지만, 상이한 시간에 상이한 판독 회로(5242)에 의해 측정된다. 그러한 예가 도 39의 다이어그램(5410)에 제공된다. 다른 예에서, 어떤 경우에는, 하나의 판독 회로(5242)만이 PS(5212)에 연결되는 반면, 하나 이상의 판독 회로(5242)가 PS(5212)에 병렬로 연결된다. 그러한 예는 도 39의 다이어그램(5420) 및 다이어그램(5430)에서 제공된다. 또 다른 예에서, 다수의 판독 회로(5242)의 상이한 서브세트는 상이한 시간에 판독-그룹(5210)의 PS(5212)에 병렬로 연결될 수 있다. 모든 옵션과 관련하여, 선택적으로, 판독 회로(5242) 중 어느 것도 판독-그룹(5210)의 임의의 PS(5212)에 연결되지 않는 아이들 시간이 있을 수 있음에 유의한다. 이러한 예는 도 39의 다이어그램(5440) 및 다이어그램(5450)에서 제공된다. 도 39의 다이어그램(5460)은 상이한 연결 조합이 단일 프레임에 구현된 상태를 도시한다. 즉, 센서의 검출 기간 동안 상이한 시간에, 단일 판독 회로(5242) 및 복수의 판독 회로(5242)가 판독-그룹(5210)에 연결될 수 있고, 어떠한 판독 회로(5242)도 판독-그룹(5210)에 연결되지 않을 수 있다.
도 40a 내지 도 40c는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 센서(5200)를 도시한다. 선택적으로, 스위칭 네트워크(5230)는 개별 판독 회로(5242)가 특정 시간에 개별 PS(5212)에 연결되는 동시에, 다른 시간에 복수의 PS(5212)에 동시에 연결되는 것을 가능하게 하는 스위칭 가능 회로를 포함한다. 도시된 예에서, 도 40a에서는 모든 3개의 판독 회로가 PS로부터 연결해제되고, 도 40b에서는 판독 회로(5242(ROC1))가 3개의 모든 PS(5212(a), 5212(b) 및 5212(c))에 연결되는 반면, 다른 2개의 판독 회로는 연결해제된다. 도 40c에서는, 5242(ROC1), 5242(ROC2) 및 5242(ROC3)는 각각 단일 PS(5212)에 연결된다. 예를 들어, 상이한 양의 PS(5212)에 의해 수집된 상이한 양의 광을 처리하기 위해, 검출의 작동 파라미터(예를 들어, 포토다이오드 바이어스, 증폭 게인 등)가 이들 2개의 검출 상태에서 상이할 수 있다는 점에 유의한다.
센서(5200)는 FOV에서 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능하다. 센서(5200)는 아래에서 논의되는 적용(컨트롤러(5250) 및 그 기능뿐만 아니라 관련 스위치를 포함함)과 함께, (임의의 용어 하에서) 위에서 논의된 임의의 센서의 변형일 수 있다는 것이 유의한다. 다른 센서에 대해 위에서 논의된 많은 세부 사항, 옵션 및 변형은 간결함 때문에 반복되지 않으며, 필요한 부분만 수정하여 센서(5200)에서 구현될 수 있다.
또한, 센서(5200)는 깊이 정보를 포함하지 않는 검출 출력을 제공하는 다른 검출 모드에서도 작동할 수 있다. 예를 들어, 일부 검출 모드에서, 센서(5200)는 카메라로 작동하여, 상이한 검출 값이 하나(또는 그 이상) 검출 기간 내에서 FOV의 일부로부터 반사된 광의 양을 나타내는 2D 이미지를 제공할 수 있다. 이러한 검출 모드는 FOV의 액티브 조명을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 이러한 모드에서, 개별 ROC(5242)는 각각 단일 PS(5212), 판독 그룹(5210) 또는 둘 모두에 연결될 수 있다(일부 ROC(5242)는 개별 PS(5212)에 연결되는 반면, 동시에 다른 ROC(5242)는 판독 그룹(5210)에 연결된다).
위의 많은 예에서, 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)는 전체 측정 시간 동안 하나 이상의 ROC(5242)에 연결되었다. 그러나, 반드시 그런 것은 아니며, 판독-그룹의 PS(5212)를 하나 이상의 ROC(5242)에 연결하기 위한 임의의 다른 적절한 스위칭 방식이 있다. 선택적으로, 센서(5200)에 의해 구현되는 이러한 스위칭 방식 중 일부에서(예를 들어, 스위칭 네트워크(5230)), 검출 기간(예를 들어, 프레임 지속 기간, 즉 PS(5212)에 연결된 ROC(5242)가 검출 기간의 일부 또는 전부 동안 이들로부터 검출 데이터를 수신하는 기간) 동안 판독 세트(5240)의 액티브 ROC(5242)의 수는 각각의 검출 기간 동안 액티브 PS(5212)의 평균 수보다 클 수 있다. 예를 들어, 복수의 상이한 ROC(5242)(예를 들어, 2, 3, 4, 5 또는 10개의 ROC(5242))는 검출 프레임의 상이한 검출 기간 동안 단일 PS(5212)에 의해 검출된 상이한 광량을 나타내는 전기 신호를 획득하고 출력하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 N개의 상이한 ROC(5242)(예를 들어, 2, 3, 4, 5 또는 10개의 ROC(5242))는 검출 프레임의 다른 검출 기간 동안, 한 번에 M개(1≤M≤N)의 PS(5212)에 의해 검출된 상이한 광량을 나타내는 전기 신호를 획득하고 출력하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 단일 프레임 검출 기간 동안 각각의 판독 그룹(5210)에 연결된 판독 세트(5240)의 모든 ROC(5240)를 총체적으로 포함하여, 단일 판독 그룹(5210)의 PS(5212)의 적절한 서브세트만이 상이한 조합에 연결될 수 있고, 여기서 판독 세트(5240)의 ROC(5242)의 수는 적절한 서브세트의 PS(5212)의 수보다 크다. 예를 들어, 이러한 스위칭 방식은 검출 기간 동안 ROC(5242) 또는 각각의 ROC(5242)와 관련된 구성요소(예를 들어, 커패시터)의 포화를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서(5200) 또는 센서(5200)에 연결된 다른 EO 시스템의 프로세서가 ROC(5242)의 일부 또는 전부가 이전 검출 기간(예를 들어, 프레임) 동안 포화되었다고 결정한 경우, 프레임 검출 기간(예를 들어, 6μsec)을 복수의 ROC(5242)(예를 들어, 3개의 ROC(5242)) 사이에서 분리할 수 있고, 이에 의해 각각의 ROC(5242)의 각각은 프레임 검출 기간 동안 상이한 기간 동안 단일 PS(또는 포화된 판독 그룹(5210)의 다른 적절한 서브세트)에 연결될 것이다(예를 들어, 각각의 ROC(5242)는 3분의 1인 2μsec 동안 단일 PS(5212)에 연결될 것이다)). 이 단락에서 논의된 스위칭 방식은 센서(5200)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 방식으로 깊이 검출을 구현하는 센서(5200)에 의해 구현될 수 있다.
도 41a 및 도 41b는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 각각의 판독-그룹(5210)과 각각 관련된 복수의 판독-세트(5240)를 갖는 센서(5200)를 도시한다. 도 41a 및 도 41b에 도시된 예에서, 각각의 판독-세트(5240)는 각각의 판독-그룹(5210)과 관련되지만(즉, 단일 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)는 검출 데이터를 단일 판독-세트(5240)의 ROC(5242)에 제공하기 위해서만 연결 가능하고, 그 역도 마찬가지임), 이것은 반드시 그런 것은 아니며, 일부(또는 모든) PS(5212)는 선택적으로 하나 이상의 판독-세트(5240)와 연관될 수 있다. 다이어그램의 혼란을 피하기 위해, 부재 번호(5210 및 5240)은 도 14a 및 도 41b에 사용되지 않았음에 유의한다. 도 41a에 예시된 바와 같이, 선택적으로 각각의 판독 회로(5242)는 각각의 PS(5212)와 연관될 수 있고, 각각의 PS에 물리적으로 근접하여 위치될 수 있다. 도 41b에 예시된 바와 같이, 선택적으로 PS(5212)는 통합 FPA(5290)로서 집합적으로 위치될 수 있고, 판독 회로(5242)는 동일한 칩상이거나(도시됨) 또 다른 웨이퍼로 제조된 다른 칩상이거나(미도시), 또는 임의의 다른 적합한 배열로, 센서(5200)의 다른 부분(5292로 표시됨)에 집합적으로 위치할 수 있다.
도 43a 및 43b는 본 명세서에 개시된 주제의 다른 예에 따른 센서(5200)를 도시한다. 도 43a 및 도 43b에 예시된 바와 같이, 센서(5200)는 FOV로부터의 광을 다양한 PS(5212)로 지향하게 하는 광학장치(5280)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 광학장치는 예를 들어, 렌즈, 미러(고정형 또는 이동형), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다. 도 43b에 예시된 바와 같이, 센서(5200)는 또한 컨트롤러(5250), 프로세서(5220) 또는 다른 다른 적절한 제어 모듈에 의해 제어되는 레이저 또는 LED와 같은 액티브 광원(5260)을 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 센서(5200)는 광원(5260)의 광(구현된 경우)을 FOV로 지향하게 하기 위한 광학장치(5282)를 포함할 수 있다. 이러한 광학장치(5282)는 예를 들어, 렌즈, 미러(고정형 또는 이동형), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 센서(5200)는 외부 광원(미도시)과 연관될 수 있으며, 이 경우 외부 광원은 센서(5200)에 의해 제어되거나, 또는 센서(5200)와 조명 타이밍 정보를 교환하는 외부 제어 모듈에 의해 제어될 수 있다. 센서(5200)는 다음과 같은(또한 이들에 제한되지 않음) 임의의 다른 요구되는 구성 요소를 포함할 수 있다: (a) 메모리 모듈(예를 들어, 액티브 PS(5212) 또는 판독 회로(5242)에 의해 출력된 검출 신호 중 적어도 하나, 상기 검출 신호를 처리하여 프로세서(5220)에 의해 생성된 검출 정보를 저장하기 위함), (b) 전원(예를 들어, 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터, 이는 예를 들어 PS, 증폭기 또는 센서(5200)의 다른 구성 요소에 전원을 제공기 위함) 및 (c) 하드 케이스(또는 기타 유형의 구조적 지지대).
센서(5200)는 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능한 깊이 센서의 예이며, 이는 다음을 포함한다:
a. 복수의 PS(예를 들어, 5212)를 포함하는 초점 평면 어레이(예를 들어, 5290)로서, 각각의 PS는 각각의 PS의 IFOV(예를 들어, 5312)로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하다. PS는 서로 다른 PS가 센서의 FOV 내에서 상이한 방향으로 지향하도록 배열된다. PS는 고정된 판독-그룹으로 분할될 수 있지만(위에서 광범위하게 논의됨), PS와 ROC 사이의 더 복잡한 관계도 구현될 수 있다(예를 들어, FPA가 복수의 PS에 더하여 추가 PS를 포함하는 경우, 선택적으로 훨씬 더 많은 PS를 대규모 크기로 구현될 수 있음).
b. 판독 회로(예를 들어, ROC(5242))의 판독-세트(예를 들어, 5240)로서, 각각은 복수의 스위치(예를 들어, 5232)에 의해 FPA의 PS의 판독-그룹(예를 들어, 5210)에 연결되고, 판독 그룹이 복수의 스위치 중 적어도 하나를 통해 각각의 ROC에 연결될 때 판독 그룹의 PS에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능하다.
c. 컨트롤러(예를 들어, 5250)로서, 이는 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 동작하여, 판독-세트의 상이한 ROC가 상이한 시간에 판독-그룹에 연결될 수 있게 하고, 이에 의해 센서로부터 상이한 거리에 위치하는 객체로부터의 조명 광의 반사에 대해 상이한 ROC를 노출시킨다.
d. 프로세서(예를 들어, 5220)로서, 이는 PS의 판독 그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 판독 세트로부터 획득하고, 상기 전기 신호에 기초하여 센서로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하도록 작동 가능하다.
센서(5200)와 관련하여 위에서 논의된 모든 변형, 특징, 구성요소, 기능, 특성 등 및 이들의 임의의 작동 가능한 조합은 필요한 부분만 약간 수정하여 마지막 단락의 깊이 센서에 대해 구현될 수 있다. 마찬가지로, 앞서 언급한 깊이 센서와 관련하여 다음 몇 단락에서 논의되는 모든 변형, 특징, 구성요소, 기능, 특성 등은 필요한 부분만 수정하여 센서(5200)에서 구현될 수 있다.
선택적으로, 깊이 센서는 FPA의 PS의 복수의 판독-그룹에 연결된 ROC의 복수의 판독-세트를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 41a 및 41b에 예시됨). 반드시 그런 것은 아니지만, 모든 판독-세트는 서로 실질적으로 유사할 수 있으며, 예를 들어 동일한 수의 판독 회로 및 선택적으로 동일한 형상, 크기 등을 가질 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 모든 판독-그룹은 서로 실질적으로 유사할 수 있으며, 예를 들어 동일한 수의 PS 및 선택적으로 또한 동일한 형상, 크기 등을 가질 수 있다. 이러한 경우, 깊이 센서의 컨트롤러는 선택적으로 적어도 다음을 포함하는 복수의 스위치의 상이한 스위칭 모드에 작동하도록 작동 가능하다:
a. 깊이 검출 스위칭 모드로서, 여기서는 복수의 판독-세트 각각의 상이한 ROC가 상이한 시간에 각각의 판독-그룹에 연결되고, ROC의 출력이 FOV에서의 객체의 깊이를 결정하는 데 사용되고; 및
b. 이미지 검출 스위칭 모드로서, 여기서는 복수의 판독-세트 각각의 상이한 ROC가 각각 최대 하나의 PS에 연결되고, ROC의 출력이 FOV에서의 객체의 2-차원(2D) 이미지를 생성하는 데 사용된다.
즉, 깊이 센서(예를 들어, 센서(5200))는 선택적으로 더 높은 해상도(예를 들어, 3D 깊이 모델과 비교할 때 더 많은 데이터 포인트)를 갖는 이미지 센서(예를 들어, 카메라)로서 선택적으로 작동 가능할 수 있다. 상이한 검출 스위칭 모드는 상이한 시간에 컨트롤러에 의해 구현될 수 있지만, 선택적으로 상이한 스위칭 모드는 센서의 상이한 부분에서 동시에 구현될 수 있다. 도 44는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 깊이 검출 스위칭 모드가 이미지 검출 스위칭 모드와 동시에 구현되는 FPA(5290)를 도시한다. FPA(5290)의 대부분의 PS(5122)는 이미지 검출 스위칭 모드에서 컨트롤러(5220)에 의해 작동되는 반면, 판독-그룹(5210A, 5210B, 5210C 및 5210D)의 일부 PS(5212)는 깊이 검출 스위칭 모드에서 작동된다. 프로세서(5220)에 의해 각각의 판독-그룹에 대해 결정된 깊이 데이터는 인접 PS(5212)에 대해서도 선택적으로 사용될 수 있다. 선택적으로, 전술한 깊이 센서의 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(5250))는 깊이 검출 스위칭 모드에서 FPA의 일부를 제어하고 이미지 검출 스위칭 모드에서 FPA의 다른 부분을 동시에 제어하도록 작동 가능할 수 있다.
선택적으로, 깊이 센서의 컨트롤러는 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능하고, 이에 의해 판독-세트의 제1 ROC에 의해 출력된 제1 전기 신호는 제2 ROC가 PS의 판독-그룹에 연결되고, 제2 ROC가 PS의 판독-그룹에 연결해제되는 제3 시간 범위에 의해 간헐적인 적어도 2개의 시간 범위 동안 PS의 판독 그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타낸다. 여기서, 프로세서는 적어도 제3 시간 범위 동안 제2 ROC에 의해 PS의 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 제2 전기 신호에 기초하여 제1 전기 신호의 깊이 모호성을 해결하도록 구성된다.
도 45a 및 45b는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 동일한 ROC가 조명 펄스의 비행 시간 내에서 상이한 시간에 판독-그룹에 연결되는 스위칭 방식을 도시한다. 곡선(5766, 5768 및 5770)은 비행 시간(이는 FPA로부터의 상이한 거리에 대응함) 동안 상이한 시간에 PS의 판독-그룹에 충돌하는 광에 대한 제1 ROC, 제2 ROC 및 제3 ROC의 응답성을 각각 나타낸다. 횡좌표가 상이한 실시예에서 상이한 범위(예를 들어, 0m 내지 5m, 0m 내지 100m, 100m 내지 1km, 0광초 내지 1광초 등)에 걸칠 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 특정 실시예에 따라 임의의 거리 범위에 매칭 가능하다. 곡선(5766)에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 ROC는 두 개의 상이한 시간 범위에서 판독-그룹에 연결되고, 제2 ROC와 제3 ROC가 연결될 때 해당 시간 사이에 판독-그룹으로부터 연결해제된다. 거리 D4 및 D5의 많은 조합이 있어서, 거리 D4 및 D5에 위치한 2개의 객체(5762 및 5764)는 제1 ROC에 의해 측정된 동일한 레벨의 신호(S1로 표시됨)를 리턴할 것이다. 상이한 객체는 다른 반사율을 가질 수 있음에 유의한다. 그러나, 제2 ROC 및 제3 ROC에 의해 측정된 신호(각각 S2 및 S3로 표시됨)는 다중 ROC(예시에서는 3개)의 튜플이 튜플(5772)(이는 FPA로부터 거리 D4에 위치한 객체(5762)에 대응함) 및 튜플(5774)(이는 FPA로부터 거리 D5에 위치한 객체(5764)에 대응함)로 로 예시된 바와 같이, 매우 상이하기 때문에, 모호성을 해결하는 데 사용될 수 있다. 둘 이상의 연속적인 시간 범위 동안 스위치에 의해 둘 이상의 ROC가 판독-그룹에 연결될 수 있으며, 이러한 경우 모호성을 해결하기 위해 적합한 스위칭 방식(regime)이 설계될 수 있다. 그러한 스위칭 방식은 필요한 부분만 약간 수정하여 방법(5500, 5800, 5900 및 9100)의 일부로서 구현될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, FOV 내의 객체에 대한 거리 추정의 정확도를 개선하기 위해, 곡선(5766)에 의해 예시된 바와 같은 비-연속 측정 기간의 활용이 구현될 수 있다.
선택적으로, 깊이 센서의 컨트롤러는 FOV에 광을 방출하는 광원의 활성화를 트리거하고, 트리거 타이밍과 관련하여 복수의 스위치의 스위칭 상태 변경을 동기화하도록 작동할 수 있다. 광원은 깊이 센서(예를 들어, 5260)의 일부이거나, 센서(5200)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 그 외부에 있을 수 있다.
선택적으로, 깊이 센서의 복수의 PS는 제1 웨이퍼 상에 구현될 수 있고, 깊이 센서의 판독 회로의 판독-세트는 제1 웨이퍼와 상이한 제2 웨이퍼 상에 구현된다. 2개의 웨이퍼는 서로 결합되거나, 임의의 다른 적절한 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다. 컨트롤러뿐만 아니라 ROC에 PS를 선택적으로 연결하는 스위치는 제1 웨이퍼 상에, 동일한 웨이퍼 상에 또는 이 둘의 조합에서 구현될 수 있다. 선택적으로, 제2 웨이퍼는 깊이 센서로 사용될 이미지 검출기용으로 설계된 FPA를 활용할 수 있는 독립형 제품일 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 다음을 포함하는 센서 제어 집적 회로가 개시된다:
a. 적어도 하나의 ROC 판독-세트;
b. (다른 웨이퍼에 구현된) 외부 FPA의 PS가 영구적이든 아니든, 연결될 수 있는 전기 접점.
c. 적어도 하나의 판독-세트 각각에 대해, 관련된 전기 접점을 통해 각각의 판독-세트의 상이한 ROC를 각각의 판독-세트(예를 들어, 둘 이상을 포함하는 경우)에 대응하는 PS의 판독-그룹에 선택적으로 연결하기 위한 대응 복수의 스위치로서, 여기서 각각의 판독-세트의 상이한 ROC는 컨트롤러에 의해 상이한 시간에 관련된 전기 접점에 연결된다(및 다른 시간에 연결해제됨). ROC는 ROC(5242)와 유사할 수 있다.
d. 컨트롤러로서, 이는 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능하여, 판독-세트의 상이한 ROC가 상이한 시간에 관련된 전기 접점에(및 작동 시, 접점을 통해 각각의 판독-그룹에) 연결되고, 이에 의해 센서로부터 상이한 거리에 위치하는 객체로부터의 조명 광 반사에 대해 상이한 ROC를 노출시킨다.
e. 프로세서로서, 이는 PS의 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 판독-세트로부터 획득하고, 상기 전기 신호에 기초하여 센서로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하도록 작동 가능하다.
센서(5200)의 ROC, 스위치, 컨트롤러 또는 프로세서와 관련하여 위에서 논의된 모든 변형은 필요한 부분만 약간 수정하여 이전 단락의 센서 제어 집적 회로에도 적용할 수 있다.
PS가 판독-그룹으로 분할되는 방식에 따라, 복수의 PS로부터 조합된 신호의 판독은 깊이 센서(예를 들어, 센서(5200))의 해상도를 상당히 변경할 수 있다. 예를 들어, 각 판독-그룹이 PS의 1x4 열을 포함하는 경우, 2560W x 1440H 센서는 2560W x 360H 해상도 출력만 출력할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 축에서 센서의 각도 분해능을 수정하기 위해, 비-구면 렌즈가 포함되어, PS에 도달하기 전에 FOV로부터의 광을 굴절시킬 수 있다. 특히, 하나의 축만을 따라 깊이 센서의 각도 분해능을 변경하기 위해, 원통형 렌즈가 구현될 수 있다. 수치 예를 참조하면, 2560W x 1440H 센서의 고유 각도 해상도가 각각의 축(X 및 Y)에서 0.01°인 경우, 25.6°x 14.4°의 FOV를 제공하기 위해 원통형 렌즈가 포함될 수 있고, FOV의 수직 각도 범위(예를 들어, 2의 팩터로, 14.4°로부터 7.2°로)를 줄여서, 해당 축을 따라 깊이 센서의 각도 분해능을 개선시킨다(예를 들어, 0.04°로부터 0.02°로). 일반적으로 말하면, 선택적으로, PS의 판독-그룹의 PS가 제1 축(예를 들어, 위에서 논의된 바와 같은 1x4 열, 또는 2x3 구성)을 따라 배열되는 경우, 깊이 센서는 비구면 렌즈를 포함할 수 있다(또는 연결될 수 있음). 상기 비구면 렌즈는 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 들어오는 광을 포커싱하는 것보다 더 큰 정도로 제1 축을 따라 FPA에 도달하는 FOV로부터의 들어오는 광을 포커싱한다. 비구면 렌즈에 더하여(또는 그 대신), 다른 적절한 광학 부품(예를 들어, 비구면 미러, 비선형 프리즘)을 사용할 수 있다.
반드시 그런 것은 아니지만, 깊이 센서(예를 들어, 센서(5200))는 위에서 논의된 임의의 형태의 방법(5500)을 구현할 수 있음에 유의한다.
전술한 깊이 센서를 참조하면, 유사한 아키텍처를 갖지만 다른 프로세서를 갖는 스위칭 가능한 센서가 깊이 검출과 관련되지 않은 목표를 향해 전술한 스위칭 방식을 이용할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, FPA의 하나 이상의 PS를 포화시키는 검출된 광 강도의 강도를 평가하기 위해 이러한 스위칭 방식이 선택적으로 구현될 수 있다. 보다 일반적으로, 다음을 포함하는 스위칭 가능한 광 센서가 개시된다:
a. 복수의 PS를 포함하는 초점 평면 어레이(FPA)로서, 각각은 PS의 순간 시야(IFOV)로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하며, 여기서 상이한 PS는 센서의 시야 내에서 상이한 방향으로 지향된다;
b. ROC의 판독-세트로서, 각각은 복수의 스위치에 의해 FPA의 PS의 판독-그룹에 연결되고, 판독 그룹이 복수의 스위치 중 적어도 하나를 통해 각각의 ROC에 연결될 때 판독 그룹의 PS에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능하다;
c. 컨트롤러로서, 이는 센서로부터 상이한 거리에 위치하는 객체로부터의 조명 광의 반사에 대해 상이한 ROC를 노출시키기 위해, 판독-세트의 상이한 ROC가 상이한 시간에 판독-그룹에 연결되도록, 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능하다;
d. 프로세서로서, 이는 PS의 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 판독-세트로부터 획득하고, 상기 전기 신호의 처리에 기초하여 FOV 내의 객체의 2D 모델을 생성하도록 구성된다.
센서(5200) 또는 앞서 언급한 깊이 센서 및 이들의 임의의 작동 가능한 조합에 대해 위에서 논의된 모든 변형, 특징, 구성요소, 기능, 특성 등은 이전 단락의 스위칭 가능한 광학 센서와 관련하여 필요한 부분만 약간 수정하여 구현될 수 있다.
도 46은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 객체의 깊이 정보를 검출하기 위한 방법(5800)을 도시한다. 위에서 설명한 예를 참조하면, 방법(5800)은 선택적으로 센서(5200)에 의해 및/또는 센서(5200)의 설명 다음에 기재된 깊이 센서에 의해 실행될 수 있다.
방법(5800)의 스테이지(5820)는 FPA의 다수의 PS로 구성된 PS의 판독-그룹을 제1 기간 동안 센서의 제1 ROC에 연결하는 것을 포함한다. 스테이지(5820)의 연결은 제2 ROC 및 제3 ROC의 PS의 판독-그룹과의 연결해제를 유지하면서, 실행된다. 반드시 그런 것은 아니지만, PS는 광 충돌의 결과로서 전하 캐리어를 생성하는 Ge 성분을 포함할 수 있다(및 생성된 전류는 각각의 PS의 출력 신호를 생성하기 위해 측정될 수 있음). 반드시 그런 것은 아니지만, PS는 SWIR 빛에 민감할 수 있다(동시에, 고유적으로 또는 적절한 필터를 사용하여, 가시광선에도 민감하거나 그렇지 않을 수 있음).
스테이지(5830)는 제1 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, 객체로부터 반사된 조명 펄스 광의 양을 나타내는 제1 전기 신호를 제1 ROC로부터 획득하는 것을 포함한다.
스테이지(5840)는 제2 기간 동안, 제1 ROC 및 제3 ROC의 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제를 유지하면서, PS의 판독-그룹을 제2 ROC에 연결하는 것을 포함한다. 제2 기간은 제1 기간과 상이하며, 선택적으로 완전히 겹치지 않는다. 대안적으로, 제2 기간은 제1 기간과 부분적으로 중첩될 수 있다.
스테이지(5850)는 제2 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, 객체로부터 반사된 조명 펄스 광의 양을 나타내는 제2 전기 신호를 제2 ROC로부터 획득하는 것을 포함한다.
스테이지(5860)는 제3 기간 동안, 제1 ROC 및 제2 ROC의 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제를 유지하면서, PS의 판독-그룹을 제3 ROC에 연결하는 것을 포함한다. 제3 기간은 제1 기간 및 제2 기간과 상이하며, 선택적으로 둘 중 하나와 완전히 겹치지 않는다. 대안적으로, 제3 기간은 제1 기간 및/또는 제2 기간과 부분적으로 중첩될 수 있다.
스테이지(5870)는 제3 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, 객체로부터 반사된 조명 펄스 광의 양을 나타내는 제3 전기 신호를 제3 ROC로부터 획득하는 것을 포함한다.
스테이지(5820-5870)에 대해 다양한 순서가 선택될 수 있으며, 예시된 순서는 단지 하나의 예라는 점에 유의한다. 예를 들어, 선택적으로, 각각의 판독 회로 모두에 의해 전하가 수집된 후(모든 스테이지(5220, 5240 및 5260)가 종료된 후), 3개의 전기 신호 모두가 획득되도록(스테이지(5230, 5250 및 5270)), 변경될 수 있다.
스테이지(5880)는 스테이지(5230, 5250 및 5270) 이후에 실행되며, 적어도 제1 전기 신호, 제2 전기 신호 및 제3 전기 신호에 기초하여 FPA를 포함하는 센서로부터 객체의 거리를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 스테이지(5880)에서의 거리 결정은 획득된 전기적 신호의 상대적인 크기에 기초하여 실행될 수 있다. 선택적으로, 방법(5500) 또는 그 일부가 스테이지(5880)를 위해 사용될 수 있다.
선택적으로, 제1 기간, 제2 기간 및 제3 기간은 모두 단일 조명 펄스 또는 펄스 그룹의 ToF 동안 발생할 수 있다. 선택적으로, 방법(5800)은 FOV를 향해 광 펄스를 방출하는 스테이지(5810)로 시작할 수 있으며, 이 경우 스테이지(5820, 5840 및 5860)는 광 펄스의 방출 타이밍에 기초하여 타이밍 정해질 수 있다. 선택적으로, 방법(5800)은 조명 펄스를 방출하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 기간, 제2 기간 및 제3 기간은 검출 거리까지 갔다 오는(FOV 내의 객체로부터 반사된 후) 펄스의 비행 시간(time-of-flight) 기간 내에서 발생한다. 방법(5800)(또는 전술한 깊이 센서)의 상이한 활용을 위해 상이한 검출 거리가 선택될 수 있다. 예를 들어, 검출 거리는 1m-10m, 10m-50m, 50m-500m, 500m-10km, 10km-1광초 또는 기타 적용 가능한 범위일 수 있다. 이 경우, 펄스의 반사는 제1 전기 신호, 제2 전기 신호 및 제3 전기 신호 중 적어도 둘의 레벨에 영향을 미칠 수 있다.
깊이 센서(예를 들어, 센서(5200))에 대해 위에서 논의된 바와 같이, 선택적으로 깊이 결정에 사용되는 동일한 센서가 이미지 정보를 생성하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 동시에 또는 다른 시간에). 선택적으로, 방법(5800)은 다음 스테이지를 포함할 수 있다:
a. 동시 검출 기간 동안: (a) 제1 PS가 제2 ROC 및 제3 ROC로부터 연결해제된 동안, 제1 ROC를 PS의 판독-그룹의 제1 PS에 연결하고, (b) 제2 PS가 제1 ROC 및 제3 ROC로부터 연결해제된 동안, 제2 ROC를 PS의 판독-그룹의 제2 PS에 연결하고, 및 (c) 제1 ROC 및 제2 ROC로부터 연결이 해제된 동안, 제3 ROC를 PS의 판독-그룹의 제3 PS에 제3 ROC를 연결한다.
b. 동시 검출 기간 동안 제1 PS에 충돌하여 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제4 전기 신호를 제1 ROC로부터 획득하고, 동시 검출 기간 동안 제2 PS에 충돌하여 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제5 전기 신호를 제2 ROC로부터 획득하고, 동시 검출 기간 동안 제3 PS에 충돌하여 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제6 전기 신호를 제3 ROC로부터 획득한다.
c. 동시 검출 기간 동안 FOV의 2D 이미지를 생성한다. 여기서, 2D 이미지의 제1 픽셀의 색상은 제4 전기 신호에 기초하고, 2D 이미지의 제2 픽셀의 색상은 제5 전기 신호에 기초하고, 2D 이미지의 제3 픽셀의 색상은 제6 전기 신호에 기초한다. 반드시 그런 것은 아니지만, 각각의 경우에, 각 픽셀에 대해 결정되는 색상은 제4 전기 신호, 제5 전기 신호 및 제6 전기 신호 중 하나에만 의존한다.
선택적으로, 동시 검출 기간(즉, 앞서 언급한 판독-그룹의 상이한 PS에 대해 동시 검출이 실행되는 기간)은 객체의 거리를 결정한 것보다 늦다. 다른 옵션에서, 동시 검출 기간은 제1 ROC, 제2 ROC 및 제3 ROC 이외의 복수의 ROC를 포함하는 판독-세트의 전기 신호에 기초하여 FOV 내의 객체까지의 거리를 결정하는 것과 동시에 일어나고, 여기서 동시 검출 기간 내의 상이한 시간 동안, 방법은 센서로부터 상이한 거리에 위치하는 객체로부터의 조명 광의 반사에 대해 상이한 ROC를 노출시키기 위해, 판독-세트의 상이한 ROC가 상이한 시간에 판독-그룹에 연결되도록, 복수의 ROC를 PS의 각각의 판독-그룹에 연결하는 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하는 것을 포함한다.
선택적으로, 제3 기간은 제1 기간보다 늦은 제2 기간보다 늦고, 제1 전기 신호는 상기 제1 지속시간 동안 및 상기 제3 지속시간보다 늦은 제4 지속시간 동안, PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여 객체로부터 반사되는 조명 펄스 광량을 나타내고, 상기 객체의 거리를 판단하는 단계는 상기 제2 전기신호 및 상기 제3 전기신호 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제1 전기신호의 범위 모호성을 해결하는 것을 포함한다. 추가 세부 사항은 도 45a 및 45b와 관련하여 위에 제공되었다.
센서(5200)와 관련하여 위에서 논의된 모든 변형, 특징, 구성요소, 기능, 특성 등은 물론 이들의 임의의 작동 가능한 조합이 방법(5800)과 관련하여 필요한 부분만 약간 수정하여 구현될 수 있다.
도 47은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 FPA에서 포화된 검출 결과를 보정하기 위한 방법(5900)를 도시한다. 포화된 결과를 보정하는 것은 센서(5200) 또는 FOV에 있는 객체까지의 거리를 평가하기 위해 또는 임의의 다른 용도로, 상이한 검출 윈도우의 게이트 이미징을 활용하는 임의의 센서에서 구현될 수 있다.
방법(5900)의 스테이지(5910)는 각각의 조명 펄스의 TOF 내에서 제1 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, FPA의 FOV 내의 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제1 전기 신호를 제1 ROC로부터 획득하는 것을 포함하고, 여기서 제1 기간 동안, 제2 ROC, 제3 ROC 및 제4 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제된다.
스테이지(5920)는 각각의 조명 펄스의 TOF 내에서 제2 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, FPA의 FOV 내의 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제2 전기 신호를 제2 ROC로부터 획득하는 것을 포함하고, 여기서 제2 기간 동안, 제1 ROC, 제3 ROC 및 제4 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제된다.
스테이지(5930)는 각각의 조명 펄스의 TOF 내에서 제3 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, FPA의 FOV 내의 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제3 전기 신호를 제3 ROC로부터 획득하는 것을 포함하고, 여기서 제3 기간 동안, 제1 ROC, 제2 ROC 및 제4 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제된다.
스테이지(5940)는 각각의 조명 펄스의 TOF 내에서 제4 기간 동안 PS의 판독-그룹에 집합적으로 충돌하여, FPA의 FOV 내의 객체로부터 반사된 조명 펄스 광량을 나타내는 제4 전기 신호를 제4 ROC로부터 획득하는 것을 포함하고, 여기서 제4 기간 동안, 제1 ROC, 제2 ROC 및 제3 ROC는 PS의 판독-그룹으로부터 연결해제된다.
스테이지(5950)는 -유사성 기준에 기초하여- 거리 관련 검출 레벨 튜플의 기존 컬렉션 내에서 매칭되는 튜플을 찾는 것을 포함한다. 예를 들어, 메모리 모듈은 상이한 검출 스케줄(예를 들어, 상이한 검출 기간)에 대응하는 검출 신호의 상대적 크기에 대응하는 튜플을 저장할 수 있다. 예를 들어, 튜플 T1은 FPA로부터 1m 떨어진 객체로부터 수집된 검출 신호의 상대적인 크기를 나타낼 수 있고, 튜플 T54는 FPA로부터 72m 떨어진 객체로부터 수집된 검출 신호의 상대적인 크기를 나타낼 수 있고, 튜플 T429는 FPA로부터 187m 떨어진 객체로부터 수집된 검출 신호의 상대적인 크기를 나타낼 수 있다. 이러한 튜플의 컬렉션(또는 임의의 적절한 형태의 방향-관련 데이터 구조(DADS)와 같은 데이터의 임의의 다른 표현)은 "사전" 또는 "참조 데이터베이스"로 지칭될 수 있으며, 임의의 개수의 참조 튜플(예를 들어, 약 10, 약 100, 약 1,000, 약 10,000)을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 유사성 기준이 사용될 수 있다(예를 들어, 최소 평균 제곱, 최소 평균 오차). 스테이지(5950)는 제1 전기 신호, 제2 전기 신호, 제3 전기 신호 및 제4 전기 신호로 구성된 전기 신호 그룹의 크기에 대응하는 검출 크기를 참조 데이터베이스의 상이한 튜플과 비교하고, 비교 결과에 기초하여 매칭되는 튜플을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
스테이지(5960)는 전기 신호 그룹의 전기 신호가 포화되었는지를 식별하는 것을 포함한다(즉, PS 중 적어도 하나가 측정 동안 포화되면 포화 신호를 초래함). 포화 신호를 식별하기 위해 다른 방법을 사용할 수 있다. 그러한 방식은 예를 들어, 매칭 튜플과 획득된 신호 사이의 차이에 기초하여 포화를 식별하는 것, 획득된 신호의 크기 및 포화 레벨을 나타내는 참조 정보에 기초하여 포화를 식별하는 것 등을 포함한다.
스테이지(5970)는 매칭 튜플 및 전기 신호 그룹의 적어도 하나의 전기 신호에 기초하여, 포화된 전기 신호에 대응하는 보정된 검출 레벨을 결정하는 것을 포함한다.
선택적으로, 스테이지(5970)는 제1 전기 신호, 제2 전기 신호, 제3 전기 신호 및 제4 전기 신호로 구성된 전기 신호 그룹의 크기에 대응하는 검출 크기를 상기 매칭 튜플과 비교한 것에 기초하여 상기 보정된 검출 레벨을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 48은 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라 시간적으로 구별되는 검출 신호에 기초하여 포화된 검출 결과를 보정하는 것을 도시한다.
다이어그램(5602)은 4개의 전기 신호 그룹(다이어그램에서 S1, S2, S3 및 S4로 표시됨)을 도시한다. 다이어그램(5604)은 검출 결과(5602)에 매칭되고 검출 결과에 맞도록 스케일링된 매칭 튜플을 도시한다. 검출 결과(5602)와 스케일링된 매칭 튜플(5604)의 비교는 다이어그램(5606)에서 도시되며, 여기에서 포화에 의한 컷-오프로부터 발생하는 차이는 5610으로 표시된다. 다이어그램(5608)은 검출 결과의 보정을 개략적으로 도시하는데, 이는 (커패시터, 증폭기 또는 센서 검출 경로의 다른 하나 이상의 구성요소의) 포화로 인해 캡핑되기(capped) 이전에, 객체로부터 도달하는 광의 양을 더 정확하게 반영하기 위함이다.
도 48 및 방법(5900)과 관련하여 4개의 검출 신호가 논의되는 동안, 더 많은 수의 검출 신호가 필요한 부분만 약간 수정하여 사용될 수 있다. 또한, 방법(5900)은 ROC에 의해 획득된 검출 신호를 논의하지만, 상이한 검출 범위에 대응하는 검출 신호가 다른 수단에서 수집되는 경우(예를 들어, 표준 게이트 이미징 센서에 의한 다중 게이트 이미지), 포화된 검출 결과를 보정하는 유사한 방법이 또한 구현될 수 있다. 각각의 전기 신호에 대응하는 타이밍 기간이 반드시 연속적이지는 않다는 것이 또한 주목된다(예를 들어, 도 45a 및 도 45b에 관한 논의와 유사함).
방법(5900)을 참조하면, 선택적으로 방법(5900)은 매칭 튜플에 기초하여 FPA로부터 객체까지의 거리를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(5900)은 FOV의 3D 모델을 생성하는 것을 더 포함할 수 있고, 이는 판독 그룹의 순간 FOV의 방향, 객체의 거리 및 보정된 검출 레벨에 기초하여 결정된 색상을 나타내는 3D 모델 내의 3D 포인트를 포함한다.
선택적으로, 제1 전기 신호, 제2 전기 신호, 제3 전기 신호 및 제4 전기 신호는 모두 동일한 조명 펄스의 객체로부터 반사된 광량을 나타낸다.
도 49는 본 명세서에 개시된 주제의 예에 따라, SEI 시스템의 검출에 기초하여 객체의 재료를 식별하기 위한 방법(9100)을 도시한다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 방법(9100)은 센서(5200)에 의해, 센서(5200)를 포함하는 시스템에 의해, 또는 게이트 이미징이 가능한 위에서 언급된 임의의 다른 시스템에 의해 수행될 수 있다.
방법(9100)의 스테이지(9110)는 상이한 시간에 SEI 시스템의 적어도 하나의 PS에 의해 캡처된 SEI 시스템의 FOV 내의 순간 FOV로부터 수집된 광량을 나타내는 복수의 검출 신호를 획득하는 것을 포함하며, 각각의 검출 신호는 순간 FOV 내에서 상이한 거리로부터 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타낸다.
스테이지(9120)는 FOV 내의 객체까지의 거리를 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 것을 포함한다. 거리를 결정하는 다양한 방법은 위에서 논의되었다. 예를 들어, 스테이지(9120)는 필요한 부분만 약간 수정하여 방법(5800), 방법(5900) 및 방법(5500)의 임의의 하나 이상의 스테이지의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
스테이지(9130)는 제1 SWIR 범위 내의 객체를 향해 SEI에 의해 방출되는 조명 강도, 제1 SWIR 범위 내의 객체로부터 반사된 조명 광의 검출된 레벨 및 거리에 기초하여, 제1 SWIR 범위 내의 조명에 대한 객체의 제1 반사율을 결정하는 것을 포함한다.
스테이지(9130)의 조명은 스테이지(9120)에서 거리를 결정하는 데 사용된 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니며, 다른 조명이 사용될 수 있다(일부 경우, 심지어 다른 광원에 의함). 선택적으로, 스테이지(9130)의 조명은 그 광이 거리를 결정하는 데 사용된 동일한 광원에 의해 방출된다. 제1 반사율을 결정하려면, 반사된 신호의 강도가 이동 거리(예를 들어, ∝1/R²)에 따라 달라지기 때문에, 방출된 강도와 이동 거리에 관한 정보를 필요로 한다. 거리에 대해 캘리브레이션된 방출 크기(예를 들어, 방출_강도/R2)를 검출된 크기와 비교하면, 광을 반사한 객체의 반사율을 알 수 있다.
스테이지(9140)는 제1 반사율에 기초하여 객체가 만들어지는 적어도 하나의 재료를 나타내는 재료 조성 정보를 결정하는 것을 포함한다. 전자기 스펙트럼의 SWIR 부분에서 상이한 재료의 반사율은 크게 다를 수 있다는 점에 유의한다. 일반적으로, 방법(9100)과 관련하여 위에서 논의한 정보에 대한 추가 정보가 또는 재료 조성을 결정하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 방법(9100)은 제2 SWIR 범위 내의 객체를 향해 SEI에 의해 방출되는 조명 강도, 제2 SWIR 범위 내의 객체로부터 반사된 조명 광의 검출된 레벨 및 거리에 기초하여, 제2 SWIR 범위 내의 조명에 대한 객체의 제2 반사율을 결정하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 결정하는 단계는 제1 반사율 및 제2 반사율에 기초하여 재료 조성 정보를 결정하는 것을 포함한다. 전자기 스펙트럼의 SWIR 부분의 3개 이상의 개별(distinct) 부분에서의 객체의 반사율 레벨이 사용될 수 있으며, 각각은 스테이지(9120)에서 결정된 거리에 기초하여 계산된다.
선택적으로, 방법(9100)은 상이한 편광과 관련된 복수의 반사율을 객체에 대해 결정하는 것을 포함하는데, 이는 결정된 거리 및 상이한 편광 필터를 통과하는 검출된 반사 조명에 대해 결정된다.
선택적으로, 제1 반사율을 결정하는 단계는 적어도 하나의 PS 내에서 Ge로 인한 복수의 검출 신호를 수집하는 동안 축적된 DC 레벨을 보상하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 보상하는 단계는 적어도 하나의 FPA의 상이한 PS에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함한다.
방법(9100)을 사용하여 재료 조성을 결정하는 단계는 많은 다른 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 방법(9100)이 차량(예를 들어, 트럭, 자율 주행 자동차)의 EO 시스템에 의해 구현되는 경우, 액체 상태의 물과 얼음(특히, 소위 "블랙 아이스"라 불림)을 구별하는 데 사용될 수 있다. 이러한 2 가지 재료를 구별하는 것은 매우 다른 운전 결정(예를 들어, 속도, 공기압)을 내리는 데 활용될 수 있다. 선택적으로, 방법(9100)은 제1 객체에 대한 재료 조성을 결정하여 제1 객체가 액체 상태의 물을 포함한다고 결정하는 제1 인스턴스, 및 제2 객체에 대한 재료 조성을 결정하여 제2 객체가 얼음을 포함한다고 결정하는 는 제2 인스턴스를 포함할 수 있다.
전술한 방법의 일부 스테이지는 컴퓨터 시스템과 같은 프로그램 가능한 장치에서 실행되거나 프로그램 가능한 장치가 본 개시내용의 장치 또는 시스템의 기능을 수행할 수 있게 할 때, 관련 방법의 단계를 수행하기 위한 코드 부분을 적어도 포함하는 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수도 있다. 이러한 방법은 또한 컴퓨터가 본 개시내용의 방법의 단계를 실행하게 하는 코드 부분을 적어도 포함하는, 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 특정 애플리케이션 프로그램 및/또는 운영 체제와 같은 명령어 목록이다. 컴퓨터 프로그램은 예를 들어, 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 서브루틴, 함수, 프로시져, 방법, 구현, 실행 가능한 애플리케이션, 애플릿, 서블릿, 소스 코드, 코드, 공유 라이브러리/동적 로드 라이브러리 및/또는 컴퓨터 시스템에서 실행하도록 설계된 기타 명령어 시퀀스.
컴퓨터 프로그램은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 내부적으로 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 전부 또는 일부는 정보 처리 시스템에 영구적으로, 제거 가능하게 또는 원격으로 연결된 컴퓨터 판독 가능 매체에 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어 제한 없이 다음 중 임의의 개수를 포함할 수 있다: 디스크 및 테이프 저장 매체를 포함하는 자기 저장 매체; 콤팩트 디스크 매체(예를 들어, CD ROM, CD R 등) 및 디지털 비디오 디스크 저장 매체와 같은 광 저장 매체; FLASH 메모리, EEPROM, EPROM, ROM과 같은 반도체 기반 메모리 유닛을 포함하는 비휘발성 메모리 저장 매체; 강자성 디지털 메모리; MRAM; 레지스터, 버퍼 또는 캐시, 메인 메모리, RAM 등을 포함한 휘발성 저장 매체
컴퓨터 프로세스는 일반적으로 실행(실행하는) 프로그램 또는 프로그램의 일부, 현재 프로그램 값 및 상태 정보, 프로세스의 실행을 관리하기 위해 운영 체제에 의해 사용되는 리소스를 포함한다. 운영 체제(OS)는 컴퓨터 리소스 공유를 관리하고 프로그래머에게 이러한 리소스에 액세스하는 데 사용되는 인터페이스를 제공하는 소프트웨어이다. 운영 체제는 시스템 데이터 및 사용자 입력을 처리하고, 작업 및 내부 시스템 리소스를 시스템의 사용자 및 프로그램에 대한 서비스로 할당 및 관리하여 응답한다.
컴퓨터 시스템은 예를 들어, 적어도 하나의 처리 장치, 관련 메모리 및 다수의 입력/출력(I/O) 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 프로그램을 실행할 때 컴퓨터 프로그램의 정보를 처리하고 그에 따른 출력 정보를 I/O 장치를 통해 생성한다.
본 명세서에서 논의되는 연결은 예를 들어, 중간 장치를 통해 각각의 노드, 유닛 또는 장치로부터, 또는 각각의 노드, 유닛 또는 장치로 신호를 전송하기에 적합한 임의의 유형의 연결일 수 있다. 따라서, 달리 암시되거나 명시되지 않는 한, 연결은 예를 들어 직접 연결 또는 간접 연결일 수 있다. 연결은 단일 연결, 복수 연결, 단방향 연결 또는 양방향 연결인 것으로 예시 또는 설명될 수 있다. 그러나, 상이한 실시예는 연결의 구현을 변경할 수 있다. 예를 들어, 양방향 연결이 아닌 별도의 단방향 연결이 사용될 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, 복수의 연결은 다수의 신호를 직렬 또는 시간 다중화 방식으로 전송하는 단일 연결로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 다수의 신호를 전달하는 단일 연결은 이러한 신호의 서브세트를 전달하는 다양한 서로 다른 연결로 분리될 수 있다. 따라서, 신호 전송을 위한 많은 옵션이 존재한다.
선택적으로, 예시된 예는 단일 집적 회로 또는 동일한 장치 내에 위치한 회로로 구현될 수 있다. 대안적으로, 예들은 적절한 방식으로 상호 연결된 임의의 수의 개별 집적 회로 또는 개별 디바이스로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 방법의 적절한 부분은 임의의 적절한 유형의 하드웨어 설명 언어에서와 같이, 물리적 회로 또는 물리적 회로로 변환 가능한 논리적 표현의 소프트 또는 코드 표현으로 구현될 수 있다.
다른 수정, 변형 및 대안도 가능한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 개시내용의 특정 특징이 여기에서 예시되고 기술되었지만, 많은 수정, 치환, 변경 및 등가물이 이제 당업자에게 일어날 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 개시내용의 기술적 사상에 속하는 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이상에서 기술한 실시예들은 예시로서 인용된 것이며, 그 특징 및 이들 특징의 조합은 다양하게 변경 및 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 그러한 개시내용에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 없다는 것을 이해할 것이고, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이, 본 개시내용의 범위에 속하는 모든 변형 및 대안적 구성을 커버하기 위해 의도된다.
본 출원의 청구범위 또는 명세서에서, 달리 언급되지 않는 한, 조건 또는 실시예의 특징 또는 특징들의 관계를 수식하는 "실질적으로" 및 "대략"과 같은 형용사는 그것이 의도된 애플리케이션을 위한 실시예의 작동을 위해 허용가능한 허용 오차 내에 속하는 것으로 정의된다. 청구범위 또는 명세서가 "a" 또는 "an" 요소를 언급하는 경우, 이러한 언급은 해당 요소 중 하나만 존재하는 것으로 해석되어서는 안 됨을 이해해야 한다.
본 개시내용의 양수인 및/또는 이스라엘 텔아비브 소재 트라이아이 리미티드에 의해 공개된 모든 특허 출원, 백서 및 기타 공개적으로 이용 가능한 데이터는 그 전체 내용이 참조로 여기에 포함된다. 여기에 언급된 어떠한 참조도 선행 기술로 인정되지 않는다.

Claims (53)

  1. 광 검출기 어레이(PDA)에 의한 이미지 생성 방법으로서,
    제1 프레임 기간 동안 측정된 상이한 포토사이트(PS)의 검출 값을 다수의 복제된 포토사이트(PS)를 포함하는 PDA 어레이로부터 획득하는 단계, 여기서 상기 검출 값은:
    제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 시야(FOV)로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값,
    제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값,
    제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값,
    각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값, 및
    각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함하고;
    상기 제1 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계;
    상기 제2 검출 값으로부터 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계;
    상기 제3 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및
    적어도 상기 제1 PS 출력 값, 상기 제2 PS 출력 값 및 상기 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 단계;
    를 포함하는 이미지 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 PS, 제2 PS, 제3 PS, 제4 PS 및 제5 PS를 포함하여, 상기 PDA의 다수의 PS는 서로의 복제품인 이미지 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제4 검출 값 및 상기 제5 검출 값은 상기 제1 프레임 기간 동안 측정되는 이미지 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제4 검출 값 및 제5 검출 값은 상기 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS가 주변 광에 노출될 때 측정되는 이미지 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제4 PS는 제1 PS 및 제3 PS의 DC 열적 거동과 동등한 DC 열적 거동을 갖고, 상기 적어도 하나의 제5 PS는 제2 PS의 DC 열적 거동과 동등한 다른 DC 열적 거동을 갖는 이미지 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    각 프레임의 제1 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임에 대한 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계;
    상기 각 프레임의 제2 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 상기 추가 프레임에 대한 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계;
    상기 각 프레임의 제3 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 상기 추가 프레임에 대한 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및
    상기 각 프레임의 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 상기 추가 프레임들 각각에 대한 프레임 이미지를 생성하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 추가 프레임들 각각은 상기 PDA의 상이한 온도에서 취해지고, 상기 상이한 온도의 제1 온도는 상기 상이한 온도의 제2 온도보다 적어도 20℃ 더 높은 이미지 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 출력 값들을 결정하는 단계 이전에, 제1 프레임 동안 FOV 조명에 노출되는 다수의 PS들 중 각각의 PS에 대해, 각각의 PS가 주변 조명으로부터 차폐되었을 때 이전에 측정된 각각의 PS의 검출 값에 기초하여 각각의 PS에 매칭된 적어도 하나의 매칭 레퍼런스 PS를 포함하는 매칭 모델을 획득하는 단계가 선행하는 이미지 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 매칭 모델은 적어도 일주일 동안 일정하게 유지되고, 상기 매칭 모델에 기초하여 요일별로 상이한 프레임 이미지가 생성되는 이미지 생성 방법.
  9. 이미지를 생성하도록 작동 가능한 전기광학(EO) 시스템으로서,
    복수의 포토사이트(PS)를 포함하는 광검출기 어레이(PDA)로서, 각각의 PS는 검출 기간 동안 각각의 PS에 충돌하는 광량 및 상기 검출 기간 동안 상기 PS에 의해 생성되는 암 전류(DC)의 레벨을 나타내는 검출 값을 출력하도록 작동 가능한, 상기 광검출기 어레이(PDA);
    적어도 제1 프레임 기간 동안 복수의 PS의 서브그룹을 주변 조명으로부터 차폐하기 위한 실드; 및
    프로세서로서,
    상기 제1 프레임 기간 동안 측정된 상기 PDA의 상이한 PS의 복수의 검출 값을 획득하고, 여기서 상기 획득된 검출 값은:
    제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값,
    제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값,
    제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값,
    각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값, 및
    각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함하고,
    상기 제1 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하고;
    상기 제2 검출 값으로부터 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하고;
    상기 제3 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하고; 및
    적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값, 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하도록, 작동 가능한, 상기 프로세서;
    를 포함하는 전기광학(EO) 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 제1 PS, 제2 PS, 제3 PS, 제4 PS 및 제5 PS를 포함하여, 상기 PDA의 다수의 PS는 서로의 복제품인 전기광학(EO) 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제4 검출 값 및 상기 제5 검출 값은 상기 제1 프레임 기간 동안 측정되는 전기광학(EO) 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제4 검출 값 및 상기 제5 검출 값은 제1 PS, 제2 PS 및 제3 PS가 주변 광에 노출될 때 측정되는 전기광학(EO) 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제4 PS는 제1 PS 및 제3 PS의 DC 열적 거동과 동등한 DC 열적 거동을 갖고, 상기 적어도 하나의 제5 PS는 제2 PS의 DC 열적 거동과 동등한 다른 DC 열적 거동을 갖는 전기광학(EO) 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는,
    각 프레임의 제1 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임들에 대한 제1 PS 출력 값을 결정하고;
    상기 각 프레임의 제2 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 상기 추가 프레임들에 대한 제2 PS 출력 값을 결정하고;
    상기 각 프레임의 제3 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 상기 추가 프레임들에 대한 제3 PS 출력 값을 결정하고; 및
    상기 각 프레임의 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 상기 추가 프레임들 각각에 대한 프레임 이미지를 생성하도록, 추가로 작동 가능하고;
    상기 추가 프레임들 각각은 상기 PDA의 상이한 온도에서 취해지고, 상기 상이한 온도의 제1 온도는 상기 상이한 온도의 제2 온도보다 적어도 20℃ 더 높은 전기광학(EO) 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 제1 프레임 동안 FOV 조명에 노출되는 다수의 PS들 중 각각의 PS에 대해, 각각의 PS가 주변 조명으로부터 차폐되었을 때 이전에 측정된 각각의 PS의 검출 값에 기초하여 각각의 PS에 매칭된 적어도 하나의 매칭 레퍼런스 PS를 포함하는 매칭 모델을 저장하기 위한 메모리 모듈을 추가로 포함하고, 상기 프로세서는 상기 매칭 모델에 응답하여 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값을 추가로 결정하도록 작동 가능한 전기광학(EO) 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 매칭 모델은 적어도 일주일 동안 일정하게 유지되고, 상기 매칭 모델에 기초하여 요일별로 상이한 프레임 이미지가 생성되는 전기광학(EO) 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 매칭 모델은 복수의 적어도 10,000개의 매칭된 PS에 대한 매치를 포함하고, 상기 매칭된 PS 각각은 매칭된 PS 수의 1% 미만을 포함하는 차폐된 PS의 그룹으로부터 선택된 차폐된 PS와 연관되는 전기광학(EO) 시스템.
  18. 광검출기 검출에 기초한 이미지 생성을 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 프로세서에서 실행될 때, 다음의 단계들:
    다수의 복제된 PS를 포함하는 광검출기 어레이(PDA)로부터 제1 프레임 기간 동안 측정된 상이한 포토사이트(PS)의 검출 값을 획득하는 단계, 여기서 상기 검출 값은:
    제1 프레임 기간 동안 제1 PS에 충돌하는 시야(FOV)로부터의 광량을 나타내는 제1 PS의 제1 검출 값,
    제1 프레임 기간 동안 제2 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제2 PS의 제2 검출 값,
    제1 프레임 기간 동안 제3 PS에 충돌하는 상기 FOV로부터의 광량을 나타내는 제3 PS의 제3 검출 값,
    각각의 제4 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제4 PS 각각의 제4 검출 값, 및
    각각의 제5 PS가 주변 조명으로부터 차폐될 때 측정된, 적어도 하나의 제5 PS 각각의 제5 검출 값을 포함하고,
    상기 제1 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계;
    상기 제2 검출 값으로부터 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계;
    상기 제3 검출 값으로부터 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계; 및
    적어도 상기 제1 PS 출력 값, 상기 제2 PS 출력 값 및 상기 제3 PS 출력 값에 기초하여 제1 프레임 이미지를 생성하는 단계;
    를 수행하는 저장된 명령어를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  19. 제18항에 있어서,
    각 프레임의 제1 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제4 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 추가 프레임들에 대한 제1 PS 출력 값을 결정하는 단계,
    상기 각 프레임의 제2 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제5 검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 상기 추가 프레임들에 대한 제2 PS 출력 값을 결정하는 단계,
    상기 각 프레임의 제3 검출 값으로부터 상기 각 프레임의 적어도 하나의 제4검출 값의 평균을 뺄셈한 것에 기초하여 상기 추가 프레임들에 대한 제3 PS 출력 값을 결정하는 단계, 및
    상기 각 프레임의 적어도 제1 PS 출력 값, 제2 PS 출력 값 및 제3 PS 출력 값에 기초하여 상기 추가 프레임들 각각에 대한 프레임 이미지를 생성하는 단계에 대한 명령어를 추가로 포함하고;
    상기 추가 프레임들 각각은 상기 PDA의 상이한 온도에서 취해지고, 상기 상이한 온도의 제1 온도는 상기 상이한 온도의 제2 온도보다 적어도 20℃ 더 높은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
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