KR20130143074A - Tof 계산을 위한 led용 드라이버 회로 - Google Patents

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Abstract

LED 및 레이저용 전자 드라이버 회로는 이중 변환 회로에 기초하여 고 효율의 에너지 변환 및 고 정밀도의 거리 측정을 특징으로 하는 TOF 응용에 이용하기 위해 제공된다. 이에 의해, 전압 대 전압 DC-DC 변환은 DC 전압 대 펄스 전류 부스터와 합병되며, 이러한 부스터는 TOF 변조 주파수에서 동작한다. 새로운 측정 주기의 시작에서, DC-DC 변환을 구동하기 위한 PWM 신호는 이전의 조명 기간 동안에 관측되는 전류에 응답하여 업데이트된다.

Description

TOF 계산을 위한 LED용 드라이버 회로{Driver circuit for leds for time-of-flight calculation}
본 발명은 부하 특히 발광 다이오드(LED) 또는 OLED 또는 레이저 또는 레이저 다이오드가 예인 광원용 전자 드라이버 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 거리 측정(range finding) 장치, TOF(time of flight) 카메라 또는 TOF 센서를 위한 조명 장치용 드라이버 회로뿐만 아니라 이와 같은 장치 또는 카메라용 조명 장치 및 장치 또는 카메라 자체에 관한 것이다.
TOF 장치를 위한 LED와 같은 광원에 대한 최적의 전력 공급은 예를 들어 배터리 전압 및 균일한 펄스 출력으로 강도 변동을 최소화하는 전문 조정기를 필요로 한다. 이를 위해, 종종 사용되는 두 조정기의 타입, 즉 인덕터 기반 부스트 컨버터 및 커패시터 기반 전하 펌프 컨버터가 있다. 각 조정기 타입은 특정 이점/결점을 가지고 있다.
Maxim Integrated Products의 애플리케이션 노트 3243(http://www.maxim-ic.com/an3243)는 LED 부스트 컨버터와 전하 펌프 회로 사이의 비교를 설명하고 있다. 이러한 문서는 현재 기술 수준의 조정기, 즉 MAX1561 부스트 컨버터 대 MAX1573 전하 펌프를 비교한다. 도 7은 이러한 문서의 도 1의 전하 펌프 및 부스트 컨버터를 도시한다. 이 문서는 전하 펌프에 대한 이점을 제시한다.
TOF 카메라는 보통 객체를 조명하기 위해 구성된 조명 장치, 및 조명된 객체로부터 수신된 광을 검출하기 위해 구성된 검출 장치를 포함한다. TOF 카메라는 조명된 객체의 이미지를 재구성하기 위해 조명 장치에 의해 방출된 광과 객체에 의해 반사되고 검출 장치에 의해 수신된 광 사이의 위상 차를 결정하기 위해 구성된다.
US 2011/0018451 Al는 서로 병렬로 배치되는 복수의 LED 스트링을 구동하기 위해 구성된 발광 다이오드(LED) 드라이버 회로를 설명하며, 각 LED 스트링은 서로 직렬로 연결된 복수의 LED를 포함한다. LED 드라이버 회로는 복수의 LED에 의해 방출되는 광의 양을 제어하는 전류 조정 루프 및 전압 조정 루프를 포함한다. 전압 조정 루프 및 전류 조정 루프는 제각기 LED 스트링의 측정된 출력 전압 및 측정된 전류에 대하여 LED 드라이버 회로로 입력된 전압의 양을 제어하기 위해 구성된다.
본 발명의 목적은 부하 특히 발광 다이오드(LED) 또는 OLED 또는 레이저 또는 레이저 다이오드가 예인 광원용 전자 드라이버 회로를 제공하기 위한 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 거리 측정 장치, TOF 카메라 또는 TOF 센서용 조명 장치에 적절한 드라이버 회로뿐만 아니라 이와 같은 장치 또는 카메라용 조명 장치 및 장치 또는 카메라 자체를 제공하기 위한 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 DC 전력을 펄스파(pulsed wave)로 변환하여 부하를 구동하기 위해 부하 및 DC 전력 공급 장치와 함께 사용하기 위한 부스트 컨버터 회로를 제공하는데, 상기 부스트 컨버터 회로는 DC 전력 공급 장치로부터 DC 전압을 수신하는 단자, 제 1 인덕턴스, 커패시턴스와 같은 전하 저장 장치 및 제 1 및 제 2 스위칭 수단을 포함하는 DC-DC 컨버터 회로로서, 상기 제 1 인덕턴스는 상기 단자에 결합되며, 상기 제 1 스위칭 수단은 제 1 주파수에서 상기 인덕턴스로부터 커패시턴스와 같은 전하 저장 장치를 충전하도록 구성되는 상기 DC-DC 컨버터 회로, 및 상기 커패시턴스와 같은 전하 저장 장치에 결합된 제 2 인덕턴스 및 상기 인덕턴스를 제 2 주파수에서 부하용 펄스파 전류원으로 구동하도록 배치되는 제 3 스위칭 수단을 포함하는 DC 전압-AC 전류 컨버터 회로로서, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 높은 상기 DC 전압-AC 전류 컨버터 회로를 포함한다.
제 2 스위칭 수단은 다이오드 또는 다이오드 회로와 같은 다이오드 수단일 수 있거나, 다이오드와 동일한 상황에서 개방 회로에서 도통 상태로 스위칭하도록 구성되는 스위치일 수 있다. 다이오드는 또한 다른 전자 부품에 통합될 수 있다. 커패시턴스는 커패시터 또는 커패시터 회로 또는 적절한 커패시턴스를 가진 어떤 다른 장치일 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 인덕턴스는 인덕터 또는 인덕터 회로 또는 적절한 인덕턴스를 가진 어떤 다른 장치일 수 있다.
바람직하게는, 제 4 스위치 수단은 부하의 전류를 차단하기 위해 제공된다. 이것은 광원이 어두운 기간 동안 광을 방출하지 않아 전력을 절약하는 이점을 갖는다.
바람직하게는, 부하의 전류를 감지하는 전류 감지 수단이 제공된다. 이것은 예를 들어 부하와 직렬인 저항기일 수 있다.
바람직하게는, 피드백 루프는 전류 감지 수단의 출력에 응답하여 부스트 컨버터 회로를 제어하기 위해 제공된다. 음의 피드백 루프는 동작의 안정성을 유지하는 데 도움을 준다.
바람직하게는, 피드백 루프 및 DC-DC 컨버터 회로는 전류 감지 수단의 출력에 응답하여 부하의 전류를 제어한다. 이점은 조명의 강도가 제어될 수 있다는 것이다.
바람직한 실시예에서, 전류의 제어는 DC-DC 컨버터 회로의 PWM 제어에 의한 것이다. PWM 제어는 제 1 인덕터에서 커패시터로 공급되는 전하의 총량을 정확하고 신속하게 제어할 수 있다. 이것은 제 2 인덕턴스에 의해 커패시터로부터 추출될 수있는 전류의 양을 제어한다.
특히 부하를 통한 전류가 어떤 시간에 걸쳐 일정하게 유지되어야 하는 응용의 경우, 피드백 루프는 시간 간격에서만 DC-DC 컨버터 회로의 동작을 제어하거나 수정하여 다른 시간에 동작을 방해하지 않도록 구성될 수 있다.
부스트 회로는 특히 하나 이상의 광원인 부하를 구동하도록 잘 구성되어 있다. 이것은 회로가 TOF 센서 또는 카메라, 거리 측정기, 예를 들어 광섬유 네트워크 및 다른 광학 장치와 함께 사용하기 위한 광전자 트랜스듀서 및 컨버터에서 디스플레이 백라이트와 함께 사용되도록 한다. 하나 이상의 광원은 하나 이상의 발광 다이오드 또는 레이저 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 광원은 별도로 공급될 수 있으며, 반드시 부스트 컨버터 회로의 부분을 필요로 하는 것은 아니다.
바람직하게는, DC 전압-AC 전류 컨버터 회로는 DC-DC 컨버터 회로에서 전류 DC만을 끌어당기도록 구성된다. 이것은 EMI를 감소시킨다.
바람직하게는, 출력은 PWM 듀티 주기 값을 위해 제공된다. 이것은 듀티 주기이 허용 한계치 내에 있는지를 검사하는 데 사용될 수 있다.
선택적으로, PWM 제어는 시작 모드 및 정지 모드를 가질 수 있다. 이것은 시작에서 부하에 대한 전류를 램핑업(ramping up)하고 정지에서 램핑다운(ramping down)하여 전력 공급 및 차단을 적절히 하는 이점을 제공한다.
본 발명의 추가의 양태에서, 거리 측정 장치, 카메라 또는 센서는 하나 이상의 광원에 의해 방출되고 측정 주기 내에서 객체에 의해 반사되는 광을 측정하여 객체에 대한 거리를 결정하도록 구성될 수 있는데, 이를 통해 부스트 컨버터 회로는 측정 주기 전에 PWM 제어를 업데이트하도록 구성된다. 이것은 업데이트가 거리 측정을 잘못하게 되는 측정 주기 동안 수행되지 않는 이점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 예시적인 양태에 따르면, TOF 카메라의 조명 장치용 드라이버 회로가 제공된다. 드라이버 회로는 발광을 위해 구성된 조명 유닛에 연결 가능하다. 드라이버 회로는 DC-DC 컨버터, DC 전압-AC 전류 컨버터 회로, 조명 유닛, 및 조명 유닛에 의해 방출되는 광의 양을 나타내는 신호에 응답하여 DC-DC 컨버터를 제어하기 위해 구성된 제어 유닛을 포함한다. DC-DC 컨버터는 전력 공급 장치에 연결 가능하고, DC-DC 컨버터에 직렬로 연결된 펄스 생성기의 형태로 DC 전압-AC 전류 컨버터 회로에 전력을 공급하기 위해 구성되며, DC-DC 컨버터의 출력을 펄스 트레인(pulse train)로 변환하기 위해 구성된다.
따라서, 제어 유닛이 조명 유닛에 의해 방출되는 광의 양을 나타내는 제어 신호에 응답하여(특히 기초하여) DC-DC 컨버터를 제어하기 위해 구성된다는 점에서 드라이버 회로는 방출되는 광의 실제 양에 기초하여 조명 유닛에 의해 방출되는 광의 양을 조절하기 위해 피드백 루프 또는 메커니즘을 포함한다. 피드백 루프의 동작은 바람직하게는 측정 주기의 타이밍과 동기화되는 어떤 시간 간격으로 제한될 수 있다.
DC-DC 컨버터는 벅 조정기, 전압 승압(step up) 또는 부스트 컨버터 또는 벅 전압 승압 조정기로 구성될 수 있다. 여기서, 벅 조정기는 벅 조정기로 입력되는 전압을 하향 변환(down-converting)하기 위해 구성될 수 있다. 전압 승압 컨버터는 전압 컨버터로 입력된 전압의 값을 증가시키기 위해 구성될 수 있다. 벅 전압 승압 조정기는 입력된 전압의 값을 하향 변환 및/또는 상향 변환하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 드라이버 회로는 드라이버 회로가 저 제조 비용을 포함할 수 있도록 전압 적응을 위해 상업적으로 이용 가능한 전자 부품을 채용할 수 있다.
펄스 생성기는 인덕터와 같은 에너지 저장 요소, 스위치 및 접지면을 포함할 수 있는데, 에너지 저장 소자, 스위치 및 접지면은 서로 직렬로 연결될 수 있으며, 스위치는 조명 유닛과 병렬로 연결될 수 있다. 스위치의 스위칭은 스위치 또는 조명 유닛을 통해 에너지 저장 요소를 접지와 연결할 수 있다. 에너지 저장 요소가 스위치를 통해 접지에 연결될 수 있는 시간 동안, 에너지 저장 요소의 충전은 달성될 수 있다. 더욱이, 에너지 저장 요소가 조명 유닛을 통해 접지에 연결될 수 있는 시간 동안, 에너지 저장 요소의 방전 및 따라서 조명 유닛에 의한 광의 방출은 달성될 수 있다. 따라서, 에너지 저장 요소는 조명 유닛에 의해 광을 방출하기 전에 미리 적재될 수 있는데, 이를 통해 조명 유닛에는 에너지가 한번 공급될 수 있으며, 조명 유닛에 의해 방출된 광의 상승 시간은 상당히 단축될 수 있다. 따라서, 조명 유닛에 의한 광의 방출의 빠른 시작 및/또는 정지는 달성될 수 있으며, 방출된 광의 파형은 급격한 상승 및/또는 하강 에지를 포함할 수 있다. 후자는 특히 방출된 광과 반사된 광 사이의 위상 차를 결정할 수 있는 TOF 카메라와 관련하여 유리할 수 있다. 또한, 증폭 유닛은 구조적으로 간단하고 저렴한 설계를 포함할 수 있다.
드라이버 회로는 추가로 조명 유닛을 통해 전류를 모니터링하기 위해 구성되고 모니터링된 전류에 기초하여 방출된 광의 양을 나타내는 신호를 공급하기 위해 구성되는 전류 감지 수단을 포함하는 모니터링 유닛을 포함할 수 있다. 모니터링 유닛은 조명 유닛의 다운스트림에 배치 및/또는 연결될 수 있다. 따라서, 방출된 광의 실제 양과 조명 유닛으로 입력된 전압 사이의 정확한 피드백 메커니즘이 달성될 수 있다.
제어 유닛은 방출된 광의 양을 나타내는 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하고 생성된 제어 신호를 DC-DC 컨버터에 공급하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, DC-DC 컨버터의 출력 전압의 정확한 제어는 조명 유닛에 의해 방출되는 광의 양에 정확하게 영향을 주기 위해 가능해질 수 있다. DC-DC 컨버터의 출력 전압의 값은 제어 신호에 기초하여 증가 및/또는 감소될 수 있다.
조명 유닛은 광 펄스를 방출하기 위해 구성되며, 제어 유닛은 방출된 광 펄스의 세트에 관련하여(기초하여) 제어 신호를 생성하기 위해 구성될 수 있다. 제어 신호는 방출될 미래의 광 펄스의 제어를 위한 광 펄스의 세트 다음에 생성되거나 업데이트될 수 있다. 따라서, 방출된 광의 양을 제어하는 것은 방출된 광의 양의 정확한 제어가 달성될 수 있도록 시기 적절한 평균 정보에 기초할 수 있다.
조명 유닛은 발광 다이오드(LED), OLED, 레이저 및 레이저 다이오드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 조명 유닛은 후자 언급된 복수의 요소를 포함할 수 있다.
제어 유닛은 모니터링된 전류를 나타내는 신호의 시간 의존 파형, 특히 방출된 광 펄스의 세트와 관련된 모니터링된 전류의 파형을 통합하기 위해 구성될 수 있다. 또한, 모니터링 유닛은 DC-DC 컨버터의 제어를 실행할지를 판단하기 위한 기준 값과 통합 값을 비교하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 제어 신호는 광 펄스의 세트와 관련된 기간 동안 단일 값을 포함하여, 전압 컨버터의 제어를 "디지털" 신호에 기초하여 전압 컨버터의 제어 동안 신호 처리를 용이하게 할 수 있다. 방출 된 광 펄스의 세트는 발광의 프레임과 관련될 수 있으며, 4개의 광 펄스를 포함할 수 있다.
조명 유닛은 복수의 광원을 포함할 수 있는데, 광원의 각각은 광 펄스를 방출하기 위해 구성될 수 있으며, 광원은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 광원은 펄스 생성기의 스위치에 병렬로 연결되는 스트링 또는 브랜치로 배치될 수 있다. 따라서, 조명 장치의 단순한 설계가 달성될 수 있다. 또한, 충분한 양의 전류가 DC-DC 컨버터 및 펄스 생성기를 통해 각 광원에 공급된다는 점에서 각 광원에 의해 방출되는 광의 균일성이 달성될 수 있다.
조명 유닛은 복수의 병렬 스트링으로 배치되는 복수의 광원을 포함할 수 있는데, 복수의 스트링 중 각 스트링은 적어도 2개의 광원을 포함할 수 있다. 각 스트링은 스위치에 병렬로 배치될 수 있다. 또한, 복수의 스트링이 원하는 양의 방출된 광을 제공하도록 구성될 수 있다는 점에서 조명 장치의 확장성 및 따라서 방출된 광의 확장성은 용이하게 될 수 있다. 또한, 전류의 양이 복수의 스트링 중 각각에 대해 설정되고 모니터링된다는 점에서 각 발광 요소에 의해 방출되는 광의 균일성은 달성될 수 있다.
드라이버 회로의 제어 유닛은 검출 장치의 결정 주기의 시작을 나타내는 정보에 기초하여 DC-DC 컨버터를 제어하기 위해 구성될 수 있으며, 결정 주기는 (단일) 위상 차의 결정과 관련될 수 있다. 결정 주기는 제각기 조명 장치 및 검출 장치의 하나 이상의 조명 및 검출 주기와 관련될 수 있으며, 각 조명 및 검출 주기는 예를 들어 1000 프레임을 포함하며, 이의 각각은 4개의 광 펄스를 포함한다.
검출 장치는 신호를 제어 유닛에 공급하기 위해 구성될 수 있으며, 이러한 신호는 위상 차의 결정 주기의 시작을 나타낸다. 따라서, 검출 장치 및 조명 장치 사이의 직접적인 피드백 메커니즘이 달성되어, 조명 장치의 조명 유닛의 방출된 광의 양의 제어를 용이하게 할 수 있다.
대안적으로, 드라이버 회로의 제어 유닛은 생성된 제어 신호의 수를 카운트하고, 카운트된 수를 결정 주기와 관련된 미리 정의된 값과 비교하기 위해 구성된 증분 카운터를 포함할 수 있다. 미리 정의된 값을 초과하면, 새로운 결정 주기의 시작이 표시될 수 있다.
본 발명의 실시예의 이점은 이중 변환 회로를 기반으로 고 효율의 에너지 변환 및 고 정밀도의 거리 측정을 특징으로 하는 TOF 응용에 이용하기 위해 LED, OLED, 레이저 및 레이저 다이오드와 같은 광원용 전자 드라이버 회로를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드라이버 회로의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 회로를 구동할 신호의 타이밍을 도시한 것이다.
도 3은 두 세트의 LED/레이저 브랜치를 구동하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드라이버 회로의 개략도를 도시한 것이다..
도 4는 광원에 의해 방출된 광 펄스의 시간 의존성(time dependency)을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따라 전압 컨버터 회로에 공급될 제어 신호의 시간 의존성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 TOF 카메라의 블록도를 도시한 것이다.
도 7은 LED를 구동하기 위한 종래의 부스트 컨버터 및 전하 펌프를 도시한 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 대하여 어떤 도면을 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 청구범위에 의해서만 제한된다. 설명된 도면은 단지 개략적이고 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기가 과장될 수 있으며 설명을 위한 축소하여 그려지지 않을 수 있다. 단수 명사 예를 들어 "a" 또는 "an", "the"를 나타낼 때 부정 관사 또는 정관사가 사용되는 경우, 이것은 다른 것이 특별히 언급되지 않는 한 복수 명사를 포함한다. 여러 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 도면의 예시는 개략적이다.
청구 범위에 사용되는 용어 "포함하는"은 이후에 열거되는 수단으로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그것은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 따라서, 표현 "수단 A 및 B를 포함하는 장치"의 범위는 구성 요소 A 및 B만으로 구성되는 장치로 제한되지 않아야 한다. 그것은 본 발명과 관련하여 장치의 유일한 관련 구성 요소가 A 및 B임을 의미한다.
더욱이, 설명 및 청구범위에서 용어 제 1, 제 2, 제 3 등은 유사한 요소 사이를 구별하기 위해 사용되고 반드시 순차 또는 연대 순서를 설명하기 위한 것은 아니다. 이와 같이 사용되는 용어는 적절한 상황에서 교환할 수 있고, 여기에 설명된 본 발명의 실시예가 여기에 설명되거나 예시된 것과 다른 시퀀스로 동작할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
더욱이, 설명 및 청구범위에서 용어 최상부, 최하부, 위, 아래 등은 설명을 위해 사용되고 반드시 상대 위치를 나타내기 위한 것은 아니다. 이와 같이 사용되는 용어는 적절한 상황에서 교환할 수 있고, 여기에 설명된 본 발명의 실시예가 여기에 설명되거나 예시된 것과 다른 방향으로 동작할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 양태는 TOF 센서 또는 카메라, 거리 측정기, 예를 들어 광섬유 네트워크 및 다른 광학 장치와 함께 사용하기 위한 광전자 트랜스듀서 및 컨버터에서 특히 디스플레이 백라이트와 함께 사용하기 위해 DC 전압 대 펄스 부스터에 결합된 전압 대 전압(DC-DC) 변환 회로이다. 다음에는, 본 발명이 거리 측정 장치 또는 TOF 카메라 또는 센서를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 광원의 출력은 높은 신호 대 잡음비를 제공하는 구형파 펄스와 같은 정확한 "클린(clean)" 펄스일 수 있다. DC 전압 대 펄스 부스터는 예를 들어 광통신 또는 TOF 검출 변조에 사용되는 주파수에서 동작될 수 있다. 본 발명에 따른 드라이버는 예를 들어 광섬유 네트워크에 연결하기 위해 랩톱 또는 PC에서 광전자 커플러와 함께 사용될 수 있다.
예를 들면, TOF 원리를 이용한 거리의 결정은 객체에 반사되는 수신된 신호에 대한 측정에 의해 수행된다. 새로운 측정 주기의 시작에서, DC-DC 변환을 구동하기 위해 PWM 신호와 같은 스위칭된 제어 신호는 이전의 조명 기간 동안 관찰된 전류에 응답하여 업데이트될 수 있다.
도 l에서 노드(101)는 본 발명의 실시예에 따라 제안된 드라이버 회로에 대한 전력 입구(power inlet)이다. 이러한 노드의 전압 Vsupply은 USB 전력 공급 장치에서와 같이 또는 배터리, 태양 전지 등으로부터 어떤 적절한 DC 공급 장치로부터의 전압, 예를 들어 4V 내지 5V일 수 있다. 디커플링(decoupling) 수단은 노드 Vsupply(101)에 전압을 버퍼링하는 디커플링 커패시터 역할을 하는 커패시터 C1에 의해 나타낸 커패시턴스와 같이 제공된다. C1은 커패시터 또는 커패시터 회로일 수 있다. 디커플링 수단은 예를 들어 부스트 컨버터 회로, 벅 컨버터 회로 또는 벅-부스트 컨버터 회로일 수 있는 DC-DC 변환 회로의 부분일 수 있다. 이러한 회로 중 어느 하나는 현재 기술 수준의 회로에 따르지만, 아래에 언급되는 새로운 특징으로 수정될 수 있다. DC-DC 부스트 회로는 변환 인덕터 L1와 같은 에너지 저장 장치를 충전하는 스위치 M1를 구동하기 위한 펄스 폭 변조 시스템(PWM)(102)과 같은 제어 가능한 스위칭 수단을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, PWM 값이 업데이트되는 방식은 추가로 설명되는 바와 같이 현재 기술 수준에서 벗어날 것이다.
인덕터 L1의 형태의 에너지 저장 요소는 스위치 M1에 연결되고 차례로 접지에 결합된다. 스위치 M1는 2개의 주요 전극, 예를 들어 소스 및 드레인, 및 제어 전극, 예를 들어 게이트를 포함하는 전계 효과 트랜지스터로 구성될 수 있다. 주요 전극 중 하나, 예를 들어 소스는 인덕터 L1에 연결되고, 다른 주요 전극, 예를 들어 드레인은 접지에 결합된다. 게이트에 인가되는 가변 전압은 스위치 M1의 스위칭 주파수를 정의한다.
도 1을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예에서, 부스터 타입의 DC-DC 전압 변환은 예로 사용된다. 벅 부스트 및 벅 DC-DC 변환 타입은 동등하게 유용하고 다음과 같은 설명에 사용된 부스트 타입과 같은 이점을 제공한다.
전압 대 전압(DC-DC) 변환은 다음과 같이 동작한다. L1는 DC-DC 부스트 회로용 인덕터이다. 노드(103) 상의 PWM 신호일 수 있는 스위칭 신호는 트랜지스터 M1일 수 있는 전자 스위치를 구동한다. 이러한 트랜지스터 M1는 바람직하게는 인덕터 L1를 충전할 때 전력 손실을 제한하도록 낮은 DC 저항(Rds ON)을 갖는다. 노드(103) 상의 신호가 HIGH일 때에는 노드(104)를 접지로 끌어당길 것이다. 이러한 기간 동안, 인덕터 L1는 Vsupply(101)로부터 에너지를 충전한다. 노드(103) 상의 신호가 LOW일 때, M1는 비전도 상태이며, 노드(104)는 더 이상 접지에 연결되지 않거나 결합되지 않는다. L1에서 충전된 에너지의 부분은 이제 다이오드 D1와 같은 적절한 스위치를 통해 커패시터 C2와 같은 전하 저장 장치로 전달될 것이다. 다이오드 D1가 스위치로 교체되면, 효율은 더욱 증가될 수 있다. 이와 같은 스위치는 중복없이 스위치 M1과는 반대로 전도 상태로 구동된다. 다이오드는 보통 전압 강하의 결점을 갖는데, 이러한 결점은 적절하게 구동된 스위치로 방지될 수 있다.
전하 저장 장치 C2는 커패시터 또는 커패시터 회로일 수 있거나 다른 장치와 관련된 커패시턴스일 수 있다. 위의 시퀀스는 값 V1을 가진 노드(105) 상의 전압을 생성할 것이다. C2는 값이 충분히 높고 등가 직렬 저항이 충분히 낮은 디커플링 장치 및 전하 저장 장치이다. 노드(103) 상에서 PWM 변조와 같은 스위칭된 제어 변조를 적용함으로써, 노드(105)로 전달되는 전력은 조정될 수 있다. 이러한 토폴로지에서, V1은 노드(101) 상의 Vsupply보다 클 것이다. 그래서 DC-DC 전압 부스트라고 말할 수 있다. 스위치 M1의 주파수는 예를 들어 50 kHz 내지 2 MHz의 범위에 있다. 이러한 주파수는 예를 들어 TOF 변조 동안 적어도 다음의 펄스 생성기에서 사용되는 주파수보다 작은 크기의 정도이다. 당업자는 마찬가지로 전압 벅 DC-DC 컨버터 또는 전압 벅-부스트 DC-DC 컨버터를 구현할 수 있다.
광원, 예를 들어 직렬 연결된 광원일 수 있는 부하를 가진 DC 전압 펄스형 부스터(107)는 노드(105)에 연결된다. 광원은 고상(solid state) 광원, LED(106), 또는 OLED 또는 레이저, 또는 예를 들어 직렬로 결합되는 부하로 배치되는 레이저 다이오드일 수 있다. 광원의 단일의 스트링 또는 다수의 스트링이 있을 수 있다. 광원은 별도로 공급될 수 있으며, 반드시 부스트 컨버터 회로의 부분일 필요는 없다.
광원, 예를 들어 LED에 걸친 전압은 V1보다 교대로 높거나 0 볼트에 가까울 것이다. 광원, 예를 들어 LED(106)는 예를 들어 TOF 측정에 사용되는 변조 주파수로 턴온 및 턴오프되어야 한다. 변조는 바람직하게는 구형파이다. 이러한 주파수는 어디든 5 MHz 내지 400 MHz의 범위에 있을 수 있다. 특정 구현을 위해, TOF 변조 방식은 심지어 더욱 복잡할 수 있으며, 예를 들어 그것은 반복된 다음의 LOW-HIGH 및 HIGH-LOW 전환(transition) 대신에 예를 들어 반복된 코드워드 또는 의사 랜덤 비트 시퀀스인 비트 시퀀스로 구성될 수 있다. 아마도 L1보다 훨씬 작은 인덕턴스를 갖는 인덕터 L2와 같은 제 2 인덕턴스는 광원, 예를 들어 LED(106)에 연결된다. 광원, 예를 들어 LED(106)는 하나 이상의 LED 또는 OLED 또는 레이저 또는 직렬의 레이저 다이오드일 수 있으며, 이는 예를 들어 TOF 광원 또는 그것의 부분으로 사용된다. L2는 또한 광원, 예를 들어 LED(106)를 단락시킬 수 있는 스위치 M2에 연결되고, 에너지를 충전하는 수단을 L2 인덕터에 제공한다. 광원은 스위치 M2에 병렬로 연결되고, L2 인덕터와 접지 사이에 배치된다. 스위치 M2는 트랜지스터와 같은 전자 스위치일 수 있다. 스위치 M2는 2개의 주요 전극, 예를 들어 소스 및 드레인, 및 제어 전극, 예를 들어 게이트를 포함하는 전계 효과 트랜지스터로 구성될 수 있다. 주요 전극 중 하나, 예를 들어 소스는 인덕터 L2에 연결되고, 다른 주요 전극, 예를 들어 드레인은 접지에 결합된다. 게이트에 인가되는 가변 전압은 스위치 M2의 스위칭 주파수를 정의한다.
광원, 예를 들어 LED(106)와 직렬로, 제 3 전자 스위치 M3는 어두운 기간 동안, 예를 들어 TOF 측정이 중단될 때 광원, 예를 들어 LED(106)를 비활성화할 수 있도록 제공될 수 있다. 이것은 일반적으로 이미징 어레이가 판독될 때마다 발생한다. M3는 트랜지스터일 수 있다. 스위치 M3는 2개의 주요 전극, 예를 들어 소스 및 드레인, 및 제어 전극, 예를 들어 게이트를 포함하는 전계 효과 트랜지스터로 구성될 수 있다. 주요 전극 중 하나, 예를 들어 소스는 광원에 연결되고, 다른 주요 전극, 예를 들어 드레인은 접지에 결합된다. 게이트에 인가되는 전압은 M3이 전도성이 있는지 스위치 오프되는지를 정의한다.
노드(108) 상의 전압은 예를 들어 노드(105) 상의 전압 V1의 최대 2배일 수 있는 전압으로 부스트되며, 이는 다수의 광원, 예를 들어 LED(106)를 직렬로 구동하기 위한 룸(room)을 제공하고, 시스템의 총 효율을 증가시키며, 부하, 예를 들어 구동된 LED, OLED 또는 레이저 또는 레이저 다이오드와 같은 광원의 저항과 상당히 무관하게 광이 생성될 수 있는 순간과 스위치 M2의 개방 사이에 지연을 행할 수 있다. 이것은 이러한 지연의 변화가 거리 측정기 또는 TOF 카메라 또는 센서의 거리 측정 정밀도를 저하시키기 때문에 중요하다. 전압 V1은 예를 들어 8V일 수 있으며, 노드(108)에서의 펄스 전압은 최대 15V일 수 있다. 노드(109)는 스위치 M2 및 M3의 주요 전극 중 하나, 예를 들어 스위치 M2 및 M3의 드레인, 및 다른 단자가 접지에 연결되거나 결합되는 매우 작은 전류 감지 저항기 Rsense과 같은 전류 센서를 포함하는 모니터링 회로에 연결된다. 노드(109) 상의 전압은 예를 들어 몇 백 밀리볼트로 낮게 유지되어야 한다. 이것은 매우 작은 저항기 Rsense를 선택하여, 이러한 감지 저항기로 인한 손실을 줄임으로써 달성될 수 있다. 노드(109)는 여기서 저항기 RLP 및 커패시터 CLP에 예시되는 저역 통과 필터와 같은 모니터링 회로의 다른 구성 요소에 더 연결된다. 노드(110) 상의 전압은 노드(109) 상의 전압의 평균을 제공하며, 이는 Rsense 또는 인덕터 L2와 같은 부하를 통해 흐르는 평균 전류에 대한 표시이다. 이러한 전압은 비교기(116)에 의해 노드(111) 상의 기준 전압 Vref와 비교되며, 비교 결과는 노드(115)를 통해 타이밍 생성기(102)에 공급된다. 이러한 기준 전압을 조정하면은 광원, 예를 들어 LED, OLED 또는 레이저 또는 레이저 다이오드를 통해 전류를 제어할 수 있다.
타이밍 생성기(102)는 제각기 노드(103, 112 및 113)를 통해 스위치 M1, M2 및 M3를 구동시킨다. 이러한 스위치는 바람직하게는 전력 MosFet이지만, 또한 바이폴라 트랜지스터일 수 있다. 광원, 예를 들어 LED(106)가 L2에 저장된 에너지를 이용하여 광을 생성해야 할 때에는 LOW이고, 인덕터 L2가 C2로부터 수신하는 에너지를 저장할 때에는 HIGH인 노드(112) 상의 발진 신호로 M2가 구동된다. 바람직하게는, 노드(112) 상의 신호는 DC 균형을 이루며, 즉, 평균 LOW 시간은 시간의 50%이고, 평균 HIGH 시간은 나머지 50%이다. 광원, 예를 들어 LED(106)를 통해 흐르는 평균 전류는 Rsense를 통해 흐르는 전류의 약 50%이지만, 이것은 발광 동안 노드(108)에서의 전압이 전압 V1의 약 2배일 수 있다는 사실에 의해 보상된다. 스위치 M2가 전도 상태이면, 광원, 예를 들어 LED(106)의 효과적인 단락(스위치 M3가 또한 전도 상태에 있다고 가정하면)은 재생 가능한 방식으로 광원, 예를 들어 LED(106)에 의해 방출된 광을 턴오프하여, 다시 측정 정밀도를 증가시키는데 도움을 준다. RSense에 걸친 최대 전압은 RSense에 너무 많은 전력을 소비하지 않도록 하기 위해 충분히 작지만, 비교기가 출력 노드(115)에서 의미 있는 신호(meaningful signal)를 생성하도록 하는 비교기(116)에서 가능한 오프셋보다 훨씬 크게 선택되어야 한다.
타이밍 생성기(102)는 모니터링된 전류를 나타내는 신호의 시간 의존 파형, 특히 방출된 광 펄스의 세트와 관련된 모니터링된 전류의 파형을 통합하기 위해 구성될 수 있다. 대안적으로, 타이밍 생성기는 다른 구성 요소로부터 이와 같이 통합된 값을 수신하기 위해 구성될 수 있다. 더욱이, 타이밍 생성기(102)는 제어 동작을 실행할지를 판단하기 위한 기준 값과 통합 값을 비교하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 제어 신호는 광 펄스의 세트와 관련된 기간 동안 단일 값을 포함하여, DC-DC 전압 컨버터의 제어를 "디지털" 신호에 기초하여 DC-DC 전압 컨버터의 제어 동안 신호 처리를 용이하게 할 수 있다. 대안적으로, 타이밍 생성기는 다른 구성 요소로부터 이와 같은 제어 신호를 수신하기 위해 구성될 수 있다.
실제 TOF 센서에서는 거리 계산을 수행할 수 있기 전에 여러 측정 기간을 수행할 필요가 있다. 도 2에서, 이러한 조명 기간은 (220, 222, 224 및 226)로 번호가 매겨진다. 조명 기간의 세트는 측정 주기(250)를 형성한다. 또한, 충분한 센서가 제공되는 경우, 병렬로 동시에 이러한 측정을 수행할 수 있다. 측정이 순차적으로 획득되는 경우에는 제 1 조명 기간(220)을 수행하며, 이 기간 동안에 수신된 광이 방출된 광과 위상이 같은 신호와 혼합된다. 이 다음에 센서 어레이의 판독 기간(221)이 따르며, 이 동안에 변조된 광은 턴오프된다. 이 다음에 제 2, 3 및 4 조명 기간(222, 224 및 226)(또는 그 이하 또는 이상)이 따르며, 이 동안에 수신된 광은 제각기 예를 들어 180도 위상 시프트, 90도 위상 시프트 및 270도 위상 시프트와 혼합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 조명 기간의 각각은 자신의 판독 기간(제각기 (221, 223, 225 및 227)로 번호가 매겨짐)을 갖는다. (도시되지 않은) 디지털 프로세서에서, 모든 판독 결과가 수집될 수 있고, 거리가 추정될 수 있다. 타이밍 생성기(102)는 또한 신호(212)에 대해 여러 위상 지연을 제공하기 위해 (도시되지 않은) TOF 센서에 연결될 수 있다. 그것은 또한 판독 프로세스를 마스터한 신호를 제공할 수 있다. 이것은 도 1에서 "다른 동기화 신호"(114)로 표시된다.
도 2는 추가로 제각기 스위치 M1, M2 및 M3를 구동하는 노드(103, 112 및 113) 상의 신호(203, 212 및 213)를 도시한다. 조명 기간(220, 222, 224 및 226) 동안, DC-DC 컨버터는 노드(103)에 의해 일정한 듀티 사이클로 M1 상에서 일정한 PWM 신호(203)를 수신한다.
또한, 스위치 M2는 광원, 예를 들어 LED(106)를 고속으로 번갈아 턴온 및 턴오프하는 TOF 변조 신호(212)를 수신한다. 스위치 M3는 또한 이러한 기간 동안에 전도 상태이며, 이는 노드(113) 상의 신호를 나타내는 213 곡선에서 HIGH 레벨에 상응한다.
판독 기간 동안, 3개의 구동 신호(203, 212 및 213)의 모두는 LOW이어야 하고, 스위치, 예를 들어 트랜지스터 M1, M2 또는 M3의 어느 것도 전도 상태에 있지 않음을 확인해야 한다. 이것은 전력 소비 없이 광원, 예를 들어 LED(106)를 OFF 상태에 유지한다. 전체 결정 주기(250) 동안, PWM 신호(203)는 주어진 4개의 조명 기간 동안 동일한 듀티 사이클을 갖는다. 이런 식으로, 광 출력은 동일한 발진 진폭을 가능한 많이 유지하는 것이 보장된다. 이것은 고정밀 TOF 측정을 위한 요구 사항이다. 하나의 측정 주기 내에서 조명 기간(220, 222, 224, 226) 중 하나 이상의 조명 기간 동안, 타이밍 생성기는 평균하여 Rsense를 통해 흐르는 전류가 너무 LOW인지 너무 HIGH인지를 발견하도록 노드(115) 상의 신호를 모니터링할 수 있다. 이의 판단에 따라, PWM 신호(203)의 듀티 사이클은 다음 측정 주기의 시작에서 업데이트될 수 있다. 그 후, 이것은 노드(105) 상의 전압 V1의 조정으로 이어지고 나서, Rsense 및 광원, 예를 들어 LED(106)를 통해 흐르는 전류의 조정으로 이어질 것이다.
구성 요소 값의 가능한 세트는 다음의 표에 주어진다:
구성 요소/변수 가능한 값
L1 4.7 uH
C1 10 uF
C2 병렬의 5 caps(각 200 nF)
L2 470 nH
Rsense 0.33 ohms(Ω)
RLP 100 ohms(Ω)
CLP 1.5 nF
Vref 130 mV
Vsupply 5V
조명의 기간 1ms
판독의 기간 1ms
측정 주기 기간 8ms
높은 광 출력 전력을 달성하기 위해, 광원, 예를 들어 LED, OLED 또는 레이저 또는 레이저 다이오드와 같은 다수의 브랜치를 가진 부하는 본 발명의 원리에 따라 구동될 수 있다. DC 전력 공급 장치 및 광원은 별도로 공급될 수 있으며, 반드시 부스트 컨버터 회로의 부분을 필요로 하는 것은 아니다.
도 3은 도 1의 회로에 추가하여 예를 들어 LED의 여분의 스트링: 또한 구동되는 LED7, LED8, LED9, LED10, LED11 및 LED12와 병렬로 배치되는 광원의 여분의 브랜치를 가진 예를 도시한다. 더욱 많은 브랜치가 추가될 수 있다. 본 실시예에서, 여분의 부하 브랜치마다 하나의 여분의 인덕터 L3가 추가되고, 여분의 부하 브랜치마다 2개의 여분 스위치, 예를 들어 트랜지스터 M5 및 M4가 추가되고, 여분의 부하 브랜치마다 전류 감지 수단, 예를 들어 저항기 RSense2가 추가되며, 저항기 RLP2와 같은 평균 요소가 추가된다. 스위치 M4 및 M5는 전계 효과 트랜지스터로 구성될 수 있으며, 이의 각각은 2개의 주요 전극, 예를 들어 소스 및 드레인, 및 제어 전극, 예를 들어 게이트를 포함한다. M4의 경우, 주요 전극 중 하나, 예를 들어 소스는 광원에 연결되고, 다른 주요 전극, 예를 들어 드레인은 접지 및 모니터링 회로에 결합된다. 게이트에 인가되는 전압은 M4가 전도하는지 전도하지 않는지를 정의한다. M5의 경우, 주요 전극 중 하나, 예를 들어 소스는 인덕터 L3에 연결되고, 다른 주요 전극, 예를 들어 드레인은 접지 및 모니터링 회로에 결합된다. 게이트에 인가되는 가변 전압은 스위치 M5의 스위칭 주파수를 정의한다.
본 실시예에서, 모든 광원, 예를 들어 LED는 거의 동일한 타입이고, 주어진 V1에 대해 거의 동일한 전류로 이어지며, 공통의 제 1 DC-DC 전압 부스트 회로와 작동하도록 하는 것이 추정된다.
다양한 변경은 상술한 실시예 중 어느 하나에 대해 행해질 수 있으며, 이의 모두는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 예를 들면, 반면에 노드(103)에 의해 M1 상에서 일정한 PWM 신호(203)를 수신하는 DC-DC 컨버터 대신에, 즉 일정한 듀티 사이클에 따라 스타트업 또는 턴오프 모드 동안, 타이밍 생성기(102)는 제각기 적절한 시작 및 정지를 제공하기 위해 PWM 듀티 사이클을 램프업 및 램프다운(ramp up and ramp down)할 수 있다. 또한, 사용 중인 듀티 사이클에 관련된 값의 출력을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 이것은 듀티 사이클이 적절한 한계 내에 있는지를 검사하는 데 사용될 수 있다.
DC 전압-AC 전류 컨버터 회로는 DC-DC 컨버터 회로로부터 DC 전류만을 끌어당기도록 구성될 수 있다. 이것은 EMI를 감소시킨다.
상기 실시예 중 어느 하나는 TOF 센서 또는 카메라 또는 거리 측정 장치와 함께 사용될 수 있다. 상술한 광원 외에, 광을 검출하고, 방출된 광과 검출된 광 사이의 위상 차를 결정하기 위해 검출 장치가 제공되며, 본 발명의 상술한 실시예는 예를 들어 검출 장치의 측정 주기의 시작을 나타내는 정보에 기초하여 제어하기 위해 구성된 제어 유닛으로 이용될 수 있다. 측정 주기는 방출된 광과 수신된 광 사이의 위상 차를 결정하기 위해 이용된다. 따라서, 광원의 광 균일도는 검출 장치의 측정 주기 동안에 달성될 수 있다. 측정 주기는 하나 이상의 조명 및 검출 주기와 관련될 수 있으며, 각 조명 및 검출 주기는 예를 들어 1000 프레임을 포함하며, 이의 각각은 4 기간의 광 펄스를 포함한다.
도 4를 참조하면, 복수의 광원에 의해 방출된 광 펄스의 시간 의존성이 예시된다. 도 4의 그래프(342)는 시간(임의의 단위)을 나타내는 가로 좌표(344), 및 방출된 광의 양(임의의 단위)을 나타내는 세로 좌표(346)를 포함한다. 광 펄스(347a-347d)는 계단형 파형을 포함하고, 프레임(348a-348c)에 할당된다. 각 프레임(348a-348c)은 4개의 광 펄스(347a-347d)를 포함한다. 1000과 같은 다수의 프레임이 조명 장치(102)의 하나의 조명 주기에 조합된다. 조명 및 검출 주기는 동일하게 서로에 대해 정의된다. 각 광 펄스(347a-347d)는 광 펄스(347a-347d)의 방출(0이 아닌 파형의 값)에 관련된 기간, 및 복수의 발광 요소(332a-332e)의 데드 타임(dead time)에 관련된 기간에 의해 정의된 "쿼드(quad)"(350a-350d)에 관련된다. 인덕터 L2 및/또는 L3의 방전이 스위치 오프 상태로 스위치 M2 및/또는 M5를 설정하는 것에 바로 후속하여 실행되므로, 방출된 광 펄스(347a-347d)는 스위칭 프로세스에 바로 후속하여 생성되고, 급격한 상승 에지를 포함한다. 복수의 광원에 공급되는 전류는 스위치 M2 및/또는 M5가 스위치 온 상태로 설정될 때 중단되므로, 발광은 갑자기 중단되고, 광 펄스(347a-347d)는 급격한 하강 에지를 갖는다. 스위칭이 등거리 시간 간격 동안에 실행되는 경우, 각 스위칭 주기 동안 복수의 발광 요소(232a-232f)에 공급되는 전력은 일정하고, 방출된 광은 균일하다.
검출 장치는 본 발명의 어떤 실시예에 따라 상술한 부스트 컨버터 회로에 측정 신호를 공급하기 위해 구성될 수 있으며, 측정 신호는 위상 차의 측정 주기의 시작을 나타낸다. 따라서, 검출 장치와 부스트 컨버터 회로 사이의 직접적인 피드백 메커니즘이 달성되어 광원으로부터 방출된 광의 양의 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 모니터링된 현재 값에 기초한 제어 신호의 생성에 대해서는 더욱 상세히 설명될 것이다. 도 5의 그래프(452)는 시간(임의의 단위)을 나타내는 가로 좌표(454), 및 피드백 루프의 제어 신호(임의의 단위)를 나타내는 세로 좌표(456)를 포함한다. 곡선(458)은 생성된 제어 신호를 나타낸다. 도 4에 묘사된 방출된 광의 양과 유사하게, 감지된 전류는 광이 복수의 광원에 의해 방출되는 각 프레임(348a-348c)의 각 쿼드(350a-350d)의 기간 동안에 0이 아닌 값을 갖는 계단형 파형을 포함한다. 모니터링된 전류는 하나의 프레임(348a-348c)과 관련된 기간 동안에 방출되는 신호에 의해 표시되는 바와 같이 통합되며, 통합 값은 각 프레임의 기간 동안에 샘플링된다. 따라서, 피드백 루프의 제어 신호는 계단형 형상을 포함하고, 동일한 단위로 증분되는 디지털 신호로 구성된다. 제어 신호의 값은 방출된 광의 양을 나타내며, 따라서 복수의 광원에 공급된 전압이 예를 들어 방출된 광의 원하는 양만큼 증가되어야 할 수 있는지를 저장된 기준값과 함께 타이밍 생성기(102)에 나타낸다.
대안적으로, 타이밍 생성기(102)는 생성된 제어 신호의 수를 카운트하여, 카운트된 수를 측정과 관련된 미리 정의된 값과 비교하기 위해 구성된 증분 카운터를 포함할 수 있다. 미리 정의된 값을 초과하면, 새로운 측정 주기의 시작이 표시될 수 있다.
도 1 및 도 3에 대한 상술한 설명에서, 타이밍 생성기(102)는 단일의 단위로 표시되었다. 그러나, 타이밍 생성기(102)는 여러개의 출력을 가지며, 이들 중 일부 또는 모두는 예를 들어 단일의 시스템 클록에 의해 링크되는 개개의 타이밍 회로에 의해 제공될 수 있다.
도 6을 참조하면, 당업자는 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 TOF 카메라(400)가 광으로 객체를 조명하기 위해 구성된 조명 장치(402), 및 객체로부터 반사된 광을 검출하고, 조명 장치에 의해 방출된 광과 검출된 광 사이의 위상 차를 결정하기 위해 구성된 검출 장치(404)를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 검출 장치는 광을 수신하는 광학 센서를 포함한다. 카메라는 카메라의 각 픽셀에 대해 결정된 위상 차로부터 픽셀별로 객체에 대한 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 거리 정보로부터 객체의 3D 이미지가 생성될 수 있다.
조명 장치(402)는 상술한 바와 같이 DC-DC 컨버터(410)를 포함하는 드라이버 회로(406)를 포함한다. 상술한 실시예에서, DC-DC 컨버터(410)는 인덕터 L1와 같은 에너지 저장 요소, 다이오드 D1와 같은 제 1 스위치, 커패시터 C1와 같은 전하 저장 장치 및 제 2 스위치를 갖는다. 타이밍 생성기(102)의 기능의 부분은 DC-DC 컨버터(410)에 포함될 수 있다. DC-DC 컨버터 회로(410)는 DC 전력 공급 장치(407)에 연결 가능하다. DC-DC 컨버터(410)는 조명 장치(402)의 발광을 제어하기 위해 구성된다. 더욱이, 조명 장치(402)는 상술한 바와 같이 스트링으로, 즉 서로 직렬로 배치되는 복수의 광원을 포함하는 조명 장치(408)를 포함한다. 광원은 예를 들어 LED, OLED, 레이저 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 광원은 별도로 공급될 수 있으며, 반드시 조명 장치(402)의 고정 부분일 필요는 없다.
DC 전원 공급 장치(407)는 DC-DC 컨버터(410) 및 조명 장치(408)에 직류를 공급하기 위해 구성되고, 또한 TOF 카메라의 다른 구성 요소, 예를 들어 검출 장치(404)에 전력을 공급하기 위해 구성될 수 있다.
드라이버 회로(406)는 부스트 컨버터, 벅 조정기 또는 부스트-벅 컨버터로 구현되는 상술한 DC-DC 컨버터 회로(410)를 포함한다. 더욱이, 드라이버 회로(406)는 또한 DC-DC 컨버터 회로(410)의 다운스트림에 연결된 펄스 생성 회로(412)로 구성되고, DC-DC 컨버터(410)의 출력 전압을 펄스 트레인, 예를 들어 구형파 펄스 트레인으로 변환하기 위해 구성되는 상술한 DC 전압-AC 전류 컨버터를 포함한다. 펄스 생성 회로(412)는 조명 유닛(408)을 구동한다. 펄스 생성 회로(412)는 상술한 스위치 M2 및/또는 M5를 포함하고, 또한 타이밍 생성기(102)의 기능의 일부를 포함한다.
예를 들어 상술한 전류 감지 수단 Rsense 및 비교기(116)를 포함하는 모니터링 유닛(414)은 조명 유닛(408)과 DC-DC 컨버터(410)의 제어 유닛(416) 사이에 연결된다. 제어 유닛(416)은 상술한 타이밍 생성기(102)의 기능의 일부를 포함한다. 모니터링 유닛(414) 및 제어 유닛(416)은 조명 유닛(408)을 통해 전류를 제어하도록 음의 피드백 루프를 형성한다. 모니터링 유닛(414)은 조명 유닛(408)을 통해 전류를 모니터링하고, 모니터링된 전류를 나타내는 제 1 신호를 생성하기 위해 구성된다. 따라서, 이러한 제 1 신호는 조명 유닛(408)에 의해 방출되는 광의 양을 나타낸다. 제어 유닛(416)은 모니터링 유닛(414)에 의해 생성된 제 1 신호에 응답 및 기초하여 DC-DC 컨버터(410) 및/또는 펄스 생성기(412)를 제어하기 위해 구성된다.
더욱이, 제어 유닛(416)은 위상 차의 결정과 관련된 TOF 카메라의 새로운 결정 주기의 시작을 나타내는 제 2 신호에 응답하여 DC-DC 컨버터(410) 및/또는 펄스 생성기(412)를 제어하기 위해 구성된다. 이를 위해, TOF 카메라의 검출 장치(404)는 이러한 제 2 신호를 생성하고, 이러한 제 2 신호를 제어 유닛(416)에 공급하기 위해 구성된다. TOF 카메라의 새로운 결정 주기의 시작을 나타내는 제 2 신호에 응답하여, (모니터링 유닛(414)에 의해 모니터링된) 조명 유닛(408)을 통해 흐르는 전류의 업데이트는 새로운 결정 주기를 시작하기 전에 제어 유닛(416) 및/또는 펄스 생성기(412)에 의해 수행될 수 있다. 결정 주기를 시작하기 전에만 업데이트를 제한함으로써, 조명 유닛(408)은 하나의 위상 결정을 야기하는 완전한 측정 주기 동안에 안정 상태로 구동된다. 하나의 위상 측정을 결정하는 데 사용되는 결정 주기의 모두에 대해, 조명 조건이 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
본 발명이 도면 및 상술한 설명에서 상세히 예시되고 설명되었지만, 이와 같은 예시 및 설명은 제한이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다. 개시된 실시예에 대한 다른 변형은 도면, 개시물 및 청부된 청구 범위의 연구로부터 청구된 발명을 실시할 시에 당업자에 의해 이해되고 실현될 수 있다. 어떤 수단이 서로 다른 종속 항에 나열되는 단순한 사실은 이러한 수단의 조합이 이점에 이용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구범위에서 어떤 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (20)

  1. DC 전력을 펄스파로 변환하여 부하를 구동하기 위해 DC 전력 공급 장치와 함께 사용하기 위한 부스트 컨버터 회로에 있어서,
    DC 전력 공급 장치로부터 DC 전압을 수신하는 단자, 제 1 인덕턴스, 전하 저장 장치 및 제 1 및 제 2 스위칭 수단을 포함하는 DC-DC 컨버터 회로로서, 상기 제 1 인덕턴스는 상기 단자에 결합되며, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단은 제 1 주파수에서 상기 제 1 인덕턴스로부터 상기 전하 저장 장치를 충전하도록 구성되는 상기 DC-DC 컨버터 회로, 및
    제 3 스위칭 수단, 및 상기 전하 저장 장치 및 상기 제 3 스위칭 수단에 결합된 제 2 인덕턴스를 포함하는 DC 전압-AC 전류 컨버터 회로로서, 상기 제 3 스위칭 수단은 에너지를 상기 제 2 인덕턴스에 충전하고, 상기 제 2 인덕턴스를 제 2 주파수에서 부하용 펄스파 전류원으로 구동하도록 배치되며, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 높은 상기 DC 전압-AC 전류 컨버터 회로를 포함하는
    부스트 컨버터 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 수단은 상기 부하를 단락시키도록 배치되는
    부스트 컨버터 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 수단은 상기 부하와 병렬로 연결되는
    부스트 컨버터 회로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전하 저장 장치, 상기 제 2 인덕턴스, 상기 부하 및 상기 제 3 스위칭 수단의 배치는 상기 전하 저장 장치에 걸친 전압보다 높은 상기 부하에 걸친 전압을 부스트하는
    부스트 컨버터 회로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 전압-AC 전류 컨버터는 DC 전압-펄스파 전류 컨버터인
    부스트 컨버터 회로.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 수단은 다이오드 수단인
    부스트 컨버터 회로.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하의 전류를 차단하는 제 4 스위칭 수단을 더 포함하는
    부스트 컨버터 회로.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하의 전류를 감지하는 전류 감지 수단을 더 포함하는
    부스트 컨버터 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전류 감지 수단의 출력에 응답하여 상기 부스트 컨버터 회로를 제어하는 피드백 루프를 더 포함하는
    부스트 컨버터 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피드백 루프 및 상기 DC-DC 컨버터 회로는 상기 전류 감지 수단의 출력에 응답하여 상기 부하의 전류를 제어하는
    부스트 컨버터 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전류의 제어는 상기 DC-DC 컨버터 회로의 PWM 제어에 의한 것인
    부스트 컨버터 회로.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 루프는 시간 간격에서만 상기 DC-DC 컨버터 회로를 제어하도록 구성되는
    부스트 컨버터 회로.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하는 하나 이상의 광원인
    부스트 컨버터 회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원은 하나 이상의 발광 다이오드, 또는 유기 발광 다이오드, 또는 레이저 또는 레이저 다이오드인
    부스트 컨버터 회로.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 전압-AC 전류 컨버터 회로는 상기 DC-DC 컨버터 회로에서 DC 전류만을 끌어당기도록 구성되는
    부스트 컨버터 회로.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    PWM 듀티 주기 값을 위한 출력을 더 포함하는
    부스트 컨버터 회로.
  17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 PWM 제어는 시작 모드 및 정지 모드를 갖는
    부스트 컨버터 회로.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 부스트 컨버터 회로를 포함하는
    거리 측정 장치, 카메라 또는 센서.
  19. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 제 18 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치, 카메라 또는 센서는 하나 이상의 광원에 의해 방출되고 측정 주기 내에서 객체에 의해 반사되는 광을 측정하여 객체에 대한 거리를 결정하도록 구성되어, 상기 부스트 컨버터 회로가 측정 주기 전에 상기 PWM 제어를 업데이트하도록 구성되는
    거리 측정 장치, 카메라 또는 센서.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 12 항의 상기 시간 간격은 상기 측정 주기의 타이밍에 동기화되는
    거리 측정 장치, 카메라 또는 센서.
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