KR20170073949A - 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서, 3차원 카메라 및 제어 방법 - Google Patents

매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서, 3차원 카메라 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시에 따른 뎁스 센서 및 3차원 카메라는 광이 수광되었을 때 출력신호를 제공하는 매크로 픽셀과 매크로 픽셀에서 제공되는 전기 신호와 기준 수치 Nc를 비교하여 매크로 픽셀의 출력신호의 제공여부를 결정하는 PCD 회로 및 매크로 픽셀의 다크 카운트를 측정하고, 다크 카운트를 기준으로 매크로 픽셀의 기준 수치 Nc를 가변하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 또한 본 개시에 따른 뎁스 센서 및 3차원 카메라는 외광에 의한 노이즈 신호인 외광 카운트를 기준으로 매크로 픽셀의 노이즈를 제어할 수 있다.

Description

매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서, 3차원 카메라 및 제어 방법{Depth sensor, 3 Dimensional Camera and Method for controlling noise of macro pixel}
본 개시는 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서, 3차원 카메라 및 제어 방법에 관한 것이다.
3차원 카메라는 일반적인 영상의 촬영 기능 이외에 피사체 표면 상의 다수의 점들로부터 3차원 카메라까지의 거리를 측정하는 기능을 포함한다. 피사체와 3차원 카메라 사이의 거리를 측정하기 위한 다양한 알고리즘들이 제안되고 있는데, 통상적으로 광시간비행법(Time-of-Flight;TOF)이 주로 사용된다. TOF 방식은 조명광을 피사체에 조사한 후, 피사체로부터 반사되는 조명광이 수광부에서 수광되기까지 비행시간을 측정하는 방법이다.
3차원 카메라의 수광부는 복수 개의 광전 변환 소자를 사용한다. 광전 변환 소자는 높은 전압으로 바이어스(bias) 되어, 브레이크다운(breakdown) 영역 및 가이거(Geiger) 영역에서 동작한다. 이런 바이어스 영역에서는 높은 감도로 인한 노이즈가 발생하므로, 노이즈를 제어하는 장치 및 방법이 연구되고 있다.
본 개시는 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서, 3차원 카메라 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 개시에 따른 뎁스 센서는 복수의 제 1 더미 소자를 포함하고, 외부 광이 차단되는 제 1 더미 픽셀; 복수의 광전 변환 소자를 포함하고, 입력 광을 광전 변환하여 전기 신호를 제공하는 매크로 픽셀; 상기 복수의 광전 변환 소자에서 제공되는 전기 신호와 기준 수치 Nc를 비교하여 각 매크로 픽셀에 대응하는 출력신호의 제공여부를 결정하는 PCD 회로; 상기 PCD 회로로부터 출력신호를 제공받아, 상기 출력신호에 대응하는 거리 정보를 획득하는 뎁스 회로; 및 상기 제 1 더미 픽셀의 다크 카운트를 측정하고, 상기 다크 카운트를 기준으로 상기 매크로 픽셀의 기준 수치 Nc를 가변하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 PCD 회로는, 상기 복수의 광전 변환 소자에서 제공되는 전기 신호에 응답하여 신호 전류를 제 1 노드로 공급하는 신호생성부; 상기 기준 수치 Nc에 대응하는 레퍼런스 전류를 상기 제 1 노드로 공급하는 레퍼런스부; 및 상기 제 1 노드와 연결되고, 상기 신호 전류가 상기 레퍼런스 전류보다 클 때 상기 매크로 픽셀의 출력신호가 제공되도록 하는 전류비교기;를 포함 할 수 있다.
상기 신호생성부는, 상기 복수의 광전 변환 소자에서 발생되는 전기 신호에 각각 응답하여 온오프 전환되는 복수의 스위치; 및 상기 스위치에 각각 연결되어, 상기 스위치가 닫힌 상태에서 상기 제 1 노드로 전류를 공급하는 복수의 신호전류원;을 포함하고, 상기 신호 전류는 상기 닫힌 상태의 스위치들이 상기 제 1 노드로 공급하는 전류들의 합일 수 있다.
상기 레퍼런스부는, 상기 기준 수치 Nc를 기준으로 상기 제어부에 의해 온오프 전환되는 복수의 스위치; 및 상기 스위치에 각각 연결되어, 상기 스위치가 닫힌 상태에서 상기 제 1 노드로 전류를 공급하는 복수의 레퍼런스 전류원;을 포함하고, 상기 레퍼런스 전류는 상기 닫힌 상태의 스위치들이 상기 제 1 노드로 공급하는 전류들의 합일 수 있다.
상기 신호전류원과 상기 레퍼런스 전류원은 서로 동일한 크기의 전류를 공급할 수 있다.
상기 제 1 노드에 상기 신호전류원 및 상기 레퍼런스 전류원보다 작은 크기의 추가 전류를 공급하는 추가 전류원;을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 더미 픽셀과 상기 매크로 픽셀은, 서로 동일한 개수의 상기 제 1 더미 소자와 상기 광전 변환 소자를 각각 포함할 수 있다.
복수의 제 2 더미 소자를 포함하며 외부 광이 유입되는 제 2 더미 픽셀;을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 측정하고, 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 기준으로 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절할 수 있다.
상기 제어부는 상기 외광 카운트에서 상기 다크 카운트를 차감한 값을 기준으로 역 바이어스 전압을 조절할 수 있다.
센서 내부의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 센서 내부의 온도에 따라 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 센서 내부의 온도에 따라 상기 매크로 픽셀의 기준 수치 Nc를 가변할 수 있다.
상기 제어부는 상기 센서의 온도를 낮춰 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어할 수 있다.
본 개시에 따른 3차원 카메라는 상술한 뎁스 센서; 및 대상체에 광을 조사하는 광원;을 포함한다.
상기 뎁스 센서는, 복수의 제 2 더미 소자를 포함하며 외부 광이 유입되는 제 2 더미 픽셀;을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 측정하고, 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 기준으로 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절할 수 있다.
상기 제어부는 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어함으로써 저하되는 감도를 상기 광원을 조절하여 보상할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 PCD 회로의 기준 수치 Nc를 높게 변경할 때, 상기 광원의 광 출력을 증가시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 매크로 픽셀에 인가되는 상기 역 바이어스 전압을 낮게 조절할 때, 상기 광원의 광 출력을 증가시킬 수 있다.
본 개시에 따른 뎁스 센서의 제어 방법은 복수의 광전 변환 소자를 포함하며 입력 광을 광전 변환하여 전기 신호를 제공하는 매크로 픽셀; 및 상기 매크로 픽셀에서 제공하는 전기 신호와 기준 수치 Nc를 비교하여 각 매크로 픽셀에 대응하는 출력신호의 제공여부를 결정하는 PCD 회로;를 포함하는 뎁스 센서의 제어 방법에 있어서, 복수의 제 1 더미 소자를 포함하며 외부 광이 차단되는 제 1 더미 픽셀을 제공하는 단계; 상기 제 1 더미 픽셀로부터 다크 카운트를 측정하는 단계; 및 상기 다크 카운트를 기준으로, 상기 PCD 회로의 기준 수치 Nc를 변경하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계;를 포함한다.
복수의 제 2 더미 소자를 포함하고, 외부 광이 유입되는 제 2 더미 픽셀로부터 외광 카운트를 측정하는 단계; 및 상기 외광 카운트를 기준으로, 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계에 있어서, 상기 외광 카운트에서 상기 다크 카운트를 차감한 값을 기준으로 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 뎁스 센서, 3차원 카메라 및 제어 방법은 복수의 광전 변환 소자를 포함하는 매크로 픽셀의 다크 카운트를 측정할 수 있다. 측정된 다크 카운트를 기준으로 하여 각 매크로 픽셀의 전기 신호의 출력여부를 결정하는 PCD 회로의 기준 수치를 변경할 수 있다. PCD 회로의 기준 수치는 각 매크로 픽셀의 감도에 비례할 수 있으므로, 기준 수치의 조절을 통해 매크로 픽셀의 노이즈를 제어할 수 있다.
또한, 외부 광으로 인한 매크로 픽셀의 외광 카운트를 측정할 수 있다. 외광 카운트를 기준으로 매크로 픽셀의 바이어스 전압을 변경하여 노이즈를 조절할 수 있다. 또한, 노이즈 조절로 인해 감소되는 매크로 픽셀의 감도는 광원의 광 출력을 증가시켜 보상할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 3차원 카메라의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 포토 다이오드의 인가 전압에 따른 영역을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 뎁스 센서의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3b는 CD 회로의 작동 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 뎁스 센서의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 5은 또 다른 실시예에 따른 뎁스 센서의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 뎁스 센서의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 뎁스 센서의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8는 다른 실시예에 따른 3차원 카메라의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 9은 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 3차원 카메라(CA)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 포토 다이오드의 인가 전압에 따른 감도의 영역을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 3차원 카메라(CA)는 대상체에 광을 조사하는 광원(LD)과 대상체(OB)로부터의 반사광을 집광하는 렌즈(L) 및 매크로 픽셀 어레이(MPA)와 뎁스 센서(DS)를 포함할 수 있다.
3차원 카메라(CA)는 대상체(OB)까지의 거리를 측정하는 기능을 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 3차원 카메라(CA)는 TOF(Time-of-flight) 방식으로 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. TOF 방식은 광을 대상체(OB)에 조사한 후, 대상체(OB)로부터 반사되는 광이 뎁스 센서(DS)에 수광되기까지 비행시간을 측정하는 방법이다. 이러한 비행시간의 측정은 뎁스 센서(DS)에 포함된 시간지연회로(Time Delay Circuit; TDC)을 통해서 이루어질 수 있다. 뎁스 센서(DS)의 자세한 구성은 후술한다.
광원(LD)은 대상체(OB)까지의 거리를 측정하기 위한 광을 조사할 수 있다. 광은 다양한 파장 영역의 광을 사용할 수 있다. 일 예로, 주광(daylight)하에서의 사용을 고려할 때, 광원(LD)은 적외선 영역의 광을 사용할 수 있다. 이 경우 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광으로 인한 노이즈를 방지할 수 있다. 광원(LD)은 대상체(OB)에 효과적으로 광을 조사하기 위한 디퓨저(diffuser), 빔 확장기(beam expander) 등의 추가 광학 요소를 포함할 수 있다. 또한, 광원(LD)은 광 출력을 조절하는 광 드라이버(LD drier)를 포함할 수 있다.
광전 변환 소자는 인가되는 전압에 따라 전기 신호를 방출 할 수 있다. 광전 변환 소자는, 예를 들어, 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 포토 다이오드는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single-photon avalanche diode; SPAD)일 수 있다. 도 2를 참조하면, x축은 포토 다이오드에 인가되는 역 바이어스 전압(V)을 나타내고, y축은 포토 다이오드에서 출력하는 전기 신호의 전류(I)를 나타낼 수 있다. 포토 다이오드의 작동 영역은 그래프의 기울기의 변화에 따라 제 1 영역, 제 2 영역, 제 3 영역으로 구분할 수 있다. 제 1 영역은 포토 다이오드의 감도가 낮은 기존 영역(Conventional mode)이고, 제 2 영역은 포토 다이오드의 감도가 선형적으로 증가하는 선형 영역(Linear mode)이고, 제 3 영역은 포토 다이오드의 감도가 지수함수적으로 증가하는 가이거 영역(Geiger mode)이다. 제 2 영역 및 제 3 영역에서 작동하는 포토 다이오드는 감도가 높아 광자 하나의 입력에 대해서도 전기 신호를 출력할 수 있다. 다른 예로 광전 변환 소자는 포토 트랜지스터를 포함할 수도 있다.
필터(F)는 상기 광원(LD)에서 조사하는 광의 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(LD)에서 적외선 영역의 광을 조사하는 경우, 필터(F)는 가시광 차단 필터나 적외선 통과 필터를 사용할 수 있다. 그런데 주광이 강한 경우에는, 가시광 차단 필터를 사용하여도 가시광을 완전히 차단하지 못할 수 있다. 외광으로 인해 상기 매크로 픽셀은 전기 신호를 발생시킬 수 있으며, 이는 노이즈(noise)에 해당한다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.
뎁스 센서(DS)는 매크로 픽셀 어레이(MPA)에서 발생하는 전기 신호를 기준으로 각 매크로 픽셀 별로 수광되는 빛의 비행시간을 측정하여 3차원 영상을 획득할 수 있다. 뎁스 센서(DS)는 복수의 매크로 픽셀을 포함하는 매크로 픽셀 어레이(MPA), 매크로 픽셀에서 전달되는 전기 신호를 펄스로 변환하는 AFE 회로(Analog front end circuit), 매크로 픽셀에서 전달되는 전기 신호에 따라 출력신호의 제공여부를 결정하는 CD 회로(Concurrence detector circuit) 회로, 그리고 CD 회로에서 전달되는 출력신호를 바탕으로 매크로 픽셀 별 거리 정보를 획득하는 뎁스 회로(Depth Circuit; DC)를 포함할 수 있다. 뎁스 회로(DC)는 시간지연회로(TDC), 디지털 시그널 프로세서(Digital signal processor), 디지털 출력부(Digital Readout) 등을 포함할 수 있다. 뎁스 회로(DC)는 뎁스 센서 및 3차원 카메라에 있어서 공지의 구성요소일 수 있다.
매크로 픽셀 어레이(MPA)는 매크로 픽셀의 2차원 배열일 수 있다. 매크로 픽셀은 광자를 전기 신호로 바꾸는 적어도 하나의 광전 변환 소자를 포함할 수 있다. 매크로 픽셀은 대상체(OB)로부터의 반사광이 매크로 픽셀에 도달하면 전기신호를 발생시킬 수 있다. 외부광이 없음에도 매크로 픽셀이 광이 수광된 것처럼 전기 신호를 발생시키는 경우가 있으며, 이는 노이즈(noise)에 해당한다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.
3차원 카메라에 의해 촬영되는 3차원 영상은 상술한 노이즈로 인해 열화될 수 있다. 깊이 센서(DS)는 노이즈를 제어하기 위한 구성을 포함할 수 있으며 자세한 내용은 후술한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 뎁스 센서(100)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 3b는 CD 회로(120b)의 작동 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 복수의 광전 변환 소자(111)를 포함하는 매크로 픽셀(110), 매크로 픽셀(110)의 출력여부를 판단하는 PCD 회로(Programmable Concurrence Detector Circuit; 120a), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
매크로 픽셀(110)은 광의 입사 여부를 판단하기 위해 복수의 광전 변환 소자(111)를 포함할 수 있다. 광전 변환 소자(111)는 예를 들어, 단일 광자 애벌런치 다이오드를 포함할 수 있다. 매크로 픽셀(110)에 광이 입사되면 내부의 복수의 광전 변환 소자(111)는 광 신호를 전기 신호로 바꾸어 출력할 수 있다. 광전 변환 소자(111)는 일정량의 전기 신호를 출력할 수 있다. 광전 변환 소자(111)에서 전달되는 전기 신호는 AFE 회로와 연결되어 펄스 신호로 변환 될 수 있다. 도면 상에서는 매크로 픽셀(110)이 단수로 표현되어 있으나, 이는 설명상의 편의를 위한 것으로, 뎁스 센서(100)는 복수의 매크로 픽셀(110)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매크로 픽셀(110)은 2차원 배열되어 매크로 픽셀 어레이(도 1의 MPA)를 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 광전 변환 소자(111)는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드를 포함할 수 있다. 싱글 포톤 애벌런치 다이오드는 고 감도를 가져 인가되는 광량 대비 높은 효율을 가지질 수 있다. 그러나 광전 변환 소자(111)의 광 민감도가 높은 경우에는 입사광이 없는 경우에도 전기 신호를 출력할 수 있다. 이러한 전기 신호의 계수를 다크 카운트(dark count)라 하며, 주어진 온도에서의 시간당 전자의 수 또는 주어진 온도에서의 단위 센서 면적당 전류로 표현될 수 있다.
도 3b를 참조하면, CD 회로(120b)는 매크로 픽셀(110)로부터 전달 받은 전기 신호를 계수(카운트)하여 기준 수치 Nc와 비교하여 각 매크로 픽셀(110)에 대응하는 출력신호의 제공여부를 결정할 수 있다. 출력신호가 제공되는 것은 대응하는 매크로 픽셀(110)에 광 정보가 포함된 것을 의미하며, 출력신호가 제공되지 않는 것은 대응하는 매크로 픽셀(110)에 광 정보가 포함되지 않을 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 매크로 픽셀(110)은 5개의 광전 변환 소자(111, 112, 113, 114, 115)를 포함할 수 있다. 광이 매크로 픽셀(110)로 입력되면 각 광전 변환 소자(111) 중 일부는 전기 신호를 출력할 수 있고, 나머지 일부는 전기 신호를 출력하지 않을 수 있다. 예를 들어, 3개의 광전 변환 소자(111, 113, 114)는 전기 신호를 발생 시키고(도 3b에서 O로 표시), 2개의 광전 변환 소자(112, 115)는 전기 신호를 발생시키지 않을 수 있다(도 3b에서 X로 표시). 이러한 전기 신호는 출력신호의 제공 여부를 판별하는 CD 회로(120b)에 의해서 계수(count)될 수 있다. CD 회로(120b)는 전기 신호의 카운트 값과 기준 수치 Nc(Number of Concurrence)를 비교하여 출력신호의 제공여부를 판별할 수 있다. 상술한 예에서, CD 회로(120b)는 전기신호의 계수 값 3과 기준 수치 Nc를 비교할 수 있다. 기준 수치 Nc 가 2인 경우는, 전기신호의 계수 값이 기준 수치 Nc 보다 크므로, CD 회로(120b)에서 뎁스 회로(DC)로 출력신호를 제공할 수 있다. 뎁스 회로(DC)는 제공받은 출력신호를 바탕으로 광의 비행시간을 연산하여 뎁스 정보를 제공할 수 있다. 따라서, CD회로(120b)에서 출력신호의 발생은 곧 대응되는 매크로 픽셀(110)에 영상정보가 포함된 것을 의미 할 수 있다. 기준 수치 Nc가 4로 인 경우에는, 전기신호의 계수 값이 기준 수치 Nc 보다 작으므로, CD 회로(120b)는 뎁스 회로(DC)로 출력신호를 제공하지 않을 수 있다. 이때는 대응되는 매크로 픽셀(110)에 영상정보가 포함되지 않은 것을 의미할 수 있다. 살펴본 바와 같이, 측정 조건에 동일하더라도, CD회로의 기준 수치 Nc이 변화하면 출력신호의 발생여부는 변할 수 있다. 매크로 픽셀(110)의 감도는 기준 수치 Nc에 의존할 수 있으며, 기준 수치 Nc를 가변하는 것으로 매크로 픽셀(110)의 노이즈를 제어할 수 있다. PCD 회로(120a)는 기준 수치 Nc를 가변할 수 있는 CD회로를 의미한다. PCD 회로(120a)에 대한 자세한 내용은 도 4, 도 5에서 후술한다.
제어부(130)는 매크로 픽셀(110)에서 발생되는 다크 카운트를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 아날로그 카운터(analog counter) 또는 디지털 카운터(digital counter)를 포함할 수 있다. 아날로그 카운터(analog counter)는 다크 카운트를 누적되는 전기 신호의 크기로 다크 카운트를 측정할 수 있다. 디지털 카운터(digital counter)는 다크 카운트를 전기 펄스 신호의 이산적 개수를 로 측정할 수 있다. 제어부(130)는 측정한 다크 카운트를 기준으로 하여, PCD 회로(120a)의 기준 수치 Nc를 조절할 수 있다.
다크 카운트를 기준으로 하는 제어부(130)의 기준 수치 Nc의 조절에 대해 살피겠다. 다크 카운트가 높으면, 광전 변환 소자(111)로부터 출력된 전기 신호가 다크 카운트에 의해 발생된 것인지 빛에 의해 발생된 것인지 구분하기 어렵다. 또한, 다크 카운트가 너무 낮으면, 빛이 입사되더라도 광전 변환 소자(111)에서 전기 신호를 출력하지 않을 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 매크로 픽셀(110)에서 발생되는 다크 카운트와, 뎁스 센서를 포함하는 3차원 카메라의 영상 간의 관계를 모니터링하여 적절한 기준 수치 Nc를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 뎁스 센서의 다크 카운트를 측정하고, 해당 뎁스 센서를 포함하는 3차원 카메라로 샘플 영상을 촬영할 수 있다. 촬영된 영상의 노이즈가 심한 경우는 뎁스 센서의 감도가 높은 것이므로, Nc 값을 ΔNc 만큼 증가 시킬 수 있다. 촬영된 영상이 흐릿하게 출력되는 경우는 뎁스 센서의 감도가 낮은 것이므로, Nc 값을 ΔNc만큼 감소시킬 수 있다. 결과적으로 뎁스 센서의 다크 카운트에 대하여 Nc를 바꾸어가며 샘플 영상을 촬영할 수 있다. 샘플 영상의 화질이 가장 좋을 때의 Nc를 해당 다크 카운트에서 적절한 Nc라 정의할 수 있다. 화질이 가장 좋을 때를 판단하는 기준은 촬영 대상의 깊이 정보가 샘플 영상에 정확하게 반영된 때를 의미할 수 있다. 다크 카운트를 기준으로 하는 적절한 기준 수치 Nc는 제어부(130)의 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 측정한 다크 카운트에 대응하는 기준 수치 Nc를 메모리에서 불러 들여 PCD 회로(120a)의 기준 수치 Nc를 해당 수치로 조절할 수 있다.
뎁스 센서(110)는 복수의 매크로 픽셀(110)을 포함하는 매크로 픽셀 어레이(도 1의 MPA)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 일부의 매크로 픽셀(110)의 다크 카운트를 기준으로 결정된 기준 수치 Nc를 매크로 픽셀 어레이(도 1의 MPA)에 일괄 적용할 수 있다. 매크로 픽셀(110)의 노이즈를 역 바이어스 전압을 이용하여 조절하는 경우, 민감한 감도 곡선(도 2의 제 2 영역, 제 3 영역 참조)을 조절해야 할 수 있다. 따라서 역 바이어스 전압을 이용한 매크로 픽셀(110)의 노이즈 조절은 상대적으로 정교한 조절이 요구되므로 일괄된 역 바이어스 전압을 매크로 픽셀(110)별로 균일하게 인가하기 어렵고, 각 매크로 픽셀(110)마다 개별적으로 조절해야 할 수 있다. 그에 반해 기준 수치 Nc를 이용한 매크로 픽셀(110)의 노이즈는 출력신호 발생 여부를 결정하는 일종의 역치값(threshold value)인 기준 수치 Nc를 이산적으로 컨트롤 할 수 있으므로, 상대적으로 간이하게 조절 가능할 수 있다. 뎁스 센서(100) 내부에 위치하는 각각의 매크로 픽셀(110)은 동일한 개수와 동일한 종류, 동일한 온도조건 상태의 광전 변환 소자(111, 112, 113, 114, 115)를 포함할 수 있다. 이러한 매크로 픽셀(110)이 개별적으로 노이즈에 차이가 존재하여도 대응되는 적절한 기준 수치 Nc는 동일한 정도의 미미한 차이일 수 있다. 또한, 매크로 픽셀(110)의 개별적 특성으로 인한 노이즈 차이로 인해 기준수치 Nc가 달라진다 하여도, 매크로 픽셀 어레이(MPA)의 전체 감도 조절은 기준 수치 Nc로 조절하고 세부적인 조정은 각 매크로 픽셀 별로 이루어지는 것이 보다 간이 할 수 있다.
제어부(130)는 외광을 차단한 매크로 픽셀(110)에서 다크 카운트를 측정할 수 있다. 매크로 픽셀(110)의 외광 차단 수단으로는 뎁스 센서(100)의 광 입사경로 상에 배치되는 차폐막, 입사 경로를 개폐하는 셔터 등을 포함할 수 있다. 그러나 다크 카운트 측정을 위한 별도의 매크로 픽셀(110) 없이 이러한 외광 차단 수단으로 뎁스 센서(100) 자체를 차폐해 버리면, 다크 카운트의 측정과 3차원 카메라로서의 구동은 동시에 이루어지지 못할 수 있다. 따라서, 외광의 유입이 차단되고, 매크로 픽셀(110)과 실질적 구성이 동일한 더미 픽셀로부터 다크 카운트를 측정하는 것이 효율적인 뎁스 센서의 구성일 수 있다. 더미 픽셀과 관련된 자세한 내용은 도 6에서 후술한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 뎁스 센서(100)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 PCD회로(120a)는 제 1 노드(N1)를 기준으로 신호 전류(I1)를 공급하는 신호생성부(P1), 제 1 노드(N1)를 기준으로 레퍼런스 전류(I2)를 공급하는 레퍼런스부(P2), 제 1 노드(N1)에 공급되는 신호 전류(I1)와 레퍼런스 전류(I2)를 입력받아 상대적 크기를 비교하여 신호 전류(I1)가 레퍼런스 전류(I2)보다 클 때 매크로 픽셀(110)의 출력신호가 뎁스 회로(DC)에 제공되도록 하는 전류비교기(123)를 포함할 수 있다. 본 개시에 따른 뎁스 센서(100)는 PCD회로(120a)를 제외한 나머지 구성은 도 3a와 실질적으로 동일한 바 설명은 생략한다.
광이 매크로 픽셀(110)로 입력되면 각 광전 변환 소자(111)는 전기 신호를 신호생성부(P1)로 제공할 수 있다. 광전 변환 소자(111)에서 제공하는 전기 신호는 일정한 크기를 가지는 전류일 수 있다. 또는 광전 변환 소자(111)는 AFE 회로와 연결되어 펄스 신호를 출력할 수 있다.
신호생성부(P1)는 광전 변환 소자(111)로부터 제공되는 전기 신호의 크기 또는 개수에 비례하는 신호 전류(I1)를 제 1 노드(N1)로 제공할 수 있다.
레퍼런스부(P2)는 제어부(130)의 제어에 따라, 제어부(130)에서 결정된 기준 수치 Nc에 따라 레퍼런스 전류(I2)를 제 1 노드(N1)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 전류(I2)의 크기는 기준 수치 Nc에 비례할 수 있다.
전류비교기(123)는 제 1 노드(N1)에 공급되는 신호 전류(I1)와 레퍼런스 전류(I2)를 비교하여 신호 전류(I1)가 레퍼런스 전류(I2)보다 클 때 매크로 픽셀(110)의 출력신호가 뎁스 회로(DC)에 제공되도록 할 수 있다. 전류비교기(123)는 제 1 노드(N1)와 연결될 수 있다. 제 1 노드(N1)을 기준으로 신호 전류(I1)와 레퍼런스 전류(I2)는 어느 하나가 유입될 때 다른 하나는 누출될 수 있다. 예를 들어, 제 1 노드(N1)를 기준으로 할 때, 신호 전류(I1)는 유입되는 방향으로 제공되며, 레퍼런스 전류(I2)는 누출되는 방향으로 제공될 수 있다. 이러한 예에서 신호 전류(I1)가 레퍼런스 전류(I2)보다 크다면, 제 1 노드(N1)를 기준으로 I1 - I2 에 해당하는 전류가 전류비교기(123)로 흐를 수 있다. PCD회로(120a)는 전류비교기(123)로 유입되는 전류가 I1 - I2 > 0 의 조건을 만족할 때, 뎁스 회로(DC)로 출력신호를 전달할 수 있다. I1 - I2 < 0 의 경우에는 PCD(120a)는 뎁스 회로(DC)로 출력신호를 전달하지 않을 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 뎁스 센서(100)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 뎁스 센서(100)는, 신호생성부(P1)와 레퍼런스부(P2)의 구체적인 구성을 포함할 수 있다.
신호생성부(P1)는 복수의 광전 변환 소자(111)에서 발생되는 전기 신호에 각각 응답하여 온오프 전환되는 복수의 스위치(S1), 스위치(S1)에 각각 연결되어, 상기 스위치가 닫힌 상태에서 상기 제 1 노드(N1)로 전류를 공급하는 복수의 신호전류원(IA)을 포함할 수 있다. 스위치(S1)는, 예를 들어, 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각 신호전류원(IA)은 일정 크기의 전류 Ia를 제 1 노드(N1)로 제공할 수 있다.
신호 전류(I1)는 상기 닫힌 상태의 스위치(S1)들이 상기 제 1 노드(N1)로 공급하는 전류들의 합일 수 있다.
상기 레퍼런스부(P2)는, 기준 수치 Nc를 기준으로 제어부(130)에 의해 온오프 전환되는 복수의 스위치(S6), 스위치(S6)에 각각 연결되어, 스위치(S6)가 닫힌 상태에서 제 1 노드(N1)로 전류를 공급하는 복수의 레퍼런스 전류원(IB)을 포함할 수 있다. 스위치(S6)는, 예를 들어, 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각 레퍼런스 전류원(IB)은 일정 크기의 전류를 제 1 노드(N1)로 제공할 수 있다. 레퍼런스 전류원(IB)은 상기 신호전류원(IA)과 동일한 크기의 전류 Ib를 제 1 노드(N1)에 제공할 수 있다.
레퍼런스 전류(I2)는 닫힌 상태의 스위치(S6)들이 제 1 노드(N1)로 공급하는 전류들의 합일 수 있다.
신호생성부(P1)를 구성하는 참조부호 121a에 해당하는 스위치(S1)와 신호전류원(IA)은 광전 변환 소자(111)의 출력단과 연결될 수 있다. 광전 변환 소자(111)의 출력단을 통해 전기 신호가 전달되면 스위치(S1)이 닫히고, 신호전류원(IA)에서 전류 Ia가 제 1 노드(N1)으로 흐를 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자(111)의 출력단을 통해 몇 개의 전기 신호가 전달되는지에 따라서, 제 1 노드로 전달되는 신호 전류(I1)의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, n 개의 광전 변환 소자를 포함하는 매크로 픽셀(110)에 있어서, m 개의 광전 변환 소자의 출력단에서 전기 신호가 출력되면, 대응되는 스위치가 각각 닫히며, 신호전류원(IA)의 전류 Ia가 제 1 노드(N1)로 전달될 수 있다. 이때 신호 전류(I1)는 m * Ia 일 수 있다.
레퍼런스부(P2)를 구성하는 참조부호 121b에 해당하는 스위치(S6)과 레퍼런스 전류원(IB)은 제어부(130)와 연결될 수 있다. 제어부(130)에서 기준 수치 Nc를 전달하면, 제어부는 Nc에 해당되는 숫자만큼의 스위치를 닫고, 나머지는 열수 있다. 닫힌 스위치에 대응하는 레퍼런스 전류원(IB)에서 제 1 노드(N1)로 각각 전류 Ib를 전달할 수 있다. 이때 레퍼런스 전류(I2)는 Nc * Ib일 수 있다. 레퍼런스 전류원(IB)에서 제공하는 전류의 크기 Ib와 신호전류원(IA)이 제공하는 전류의 크기 Ia는 서로 동일할 수 있다.
전류비교기(123)은 I1 - I2 > 0 의 조건을 만족하는지 여부에 따라, PCD 회로 (120a)의 출력신호 제공여부를 결정하므로, 상기 식은 (m - Nc) * Ia > 0 일 수 있다. 따라서 m이 Nc 보다 큰 지 여부에 따라 PCD 회로 (120a)의 출력신호 제공여부를 결정될 수 있다. 제어부에서 Nc를 높은 값으로 결정하면, PCD 회로 (120a)의 출력신호 제공 빈도는 감소하게 되며, 이는 곧 매크로 픽셀(110)의 감도 저하를 의미할 수 있다. 반대로 제어부에서 Nc를 낮은 값으로 결정하면, PCD 회로 (120a)의 출력신호 제공 빈도는 증가하게 되며, 이는 곧 매크로 픽셀(110)의 감도 증가를 의미할 수 있다. 제어부는 Nc를 0 부터 m 까지 중의 어느 한 정수로 선택할 수 있다. m이 클수록 제어부가 선택할 수 있는 Nc의 폭이 넓어지므로 매크로 픽셀(110)의 감도 조절을 섬세하게 할 수 있다. 그러나 m은 매크로 픽셀(110) 내부에 포함된 광전 변환 소자의 개수를 의미하므로, m이 커질수록 매크로 픽셀(110) 및 PCD 회로(120a)의 크기는 커질 수 있다.
PCD 회로(120a)에 있어서, m과 Nc가 동일한 경우에는 PCD 회로(120a)의 출력신호 제공여부의 판단이 곤란하므로, 제 1 노드(N1)에 신호전류원(IA) 및 레퍼런스 전류원(IB)의 전류 IB 보다 작은 크기의 추가 전류(Iex)를 공급하는 추가 전류원(122)를 더 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 추가 전류원(122)이 신호 전류(I1)에 추가 전류(Iex)를 추가하도록 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 전류비교기(123)가 {(I1 + Iex) - I2} > 0 를 만족할 때, PCD 회로(120a)는 외부로 출력신호를 전달 할 수 있다. 이 식은 (m - Nc) * Ia + Iex > 0 와 같이 정리되므로, m 과 Nc가 동일할 때 Iex > 0 을 만족하여 PCD 회로(120a)는 외부로 출력신호를 전달 할 수 있다. m 과 Nc가 동일할 때, PCD 회로(120a)에서 출력신호의 제공을 원하지 않는 경우에는 제 1 노드(N1)에 대하여 추가 전류원(122)의 방향을 뒤집을 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 뎁스 센서(200) 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 뎁스 센서(200)는 외광이 차단되고, 다크 카운트가 측정되는 제 1 더미 픽셀(240)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 뎁스 센서(200)에 포함되는 매크로 픽셀(211,212,213)에 외광을 차단하고 다크 카운트를 측정할 수 있으나, 3차원 카메라의 구동이 제한될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 뎁스 센서(200)는 다크 카운트의 측정에 활용되고, 대상체까지의 거리 측정에는 사용되지 않는 외광이 차단된 제 1 더미 픽셀(240)을 포함하여 3차원 카메라의 구동에 영향이 없이 정밀한 다크 카운트의 측정이 가능할 수 있다.
제 1 더미 픽셀(240)은 외광의 유입이 차단되도록 차단될 수 있다. 제 1 더미 소자(241)는 광전 변환 소자로, 광전 변환 소자(211a)와 실질적으로 동일한 광전 변환 소자일 수 있다. 제 1 더미 픽셀(240)이 포함하는 제 1 더미 소자(241)의 개수와 각 매크로 픽셀(211)이 포함하는 광전 변환 소자(211a)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 이는, 제 1 더미 픽셀(240)과 매크로 픽셀(211)의 측정 조건이 서로 동일해야 다크 카운트 측정 오차를 줄일 수 있기 때문이다.
본 개시에 따른 매크로 픽셀(211) 각각은 TDC 회로(221)와 각각 연결될 수 있다. TDC 회로(221)에 대한 자세한 내용은 도 4 및 도 5에서 기술한바 생략하기로 한다.
제어부(230)는 제 1 더미 픽셀(240)은 복수의 제 1 더미 소자(241)을 포함할 수 있고, 제 1 더미 픽셀(240)로부터 다크 카운트를 측정할 수 있다. 제어부(230)는 상기 다크 카운트를 기준으로, TDC 회로(221, 222, 223)의 기준 수치 Nc를 변경하여 복수의 매크로 픽셀(211, 212, 213)의 노이즈를 조절할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 뎁스 센서(300)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 뎁스 센서(300)는 도 6의 뎁스 센서(200)의 구성에 더불어 외광이 유입되고, 외광 카운트가 측정되는 제 2 더미 픽셀(350)을 더 포함할 수 있다. 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
뎁스 센서(300)는 대상체로부터의 광뿐만 아니라, 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광에도 함께 노출될 수 있다. 따라서, 뎁스 센서(300) 상에 필터(도 1의 F)를 배치하여 광원(도 1의 LD)에서 조사한 광을 제외한 외광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 광원(도 1의 LD)은 적외선을 조사할 수 있고, 필터(도 1의 F)는 가시광을 차단하는 필터일 수 있다. 상술한 바와 같이, 주광이 강한 경우에는 외광이 필터(도 1의 F)를 투과할 수 있다. 대상체로부터의 반사광이 아닌 투과된 외광에 의해 매크로 픽셀(311)은 전기 신호를 제공할 수 있다. 이러한 외광에 의한 전기 신호에 의해서도, PCD 회로(321)은 출력신호를 뎁스 회로(DC)로 제공할 수 있다. 외광으로 인한 전기 신호의 출력은 대상체로부터 기인한 것이 아니므로 노이즈에 해당한다. 외광으로 인한 전기 신호의 출력을 외광 카운트라 하며, 다크 카운트와 마찬가지로, 주어진 온도에서의 시간당 전자의 수 또는 주어진 온도에서의 단위 센서 면적당 전류로 표현될 수 있다. 본 개시에서 각 매크로 픽셀(311)은 광 민감도가 높은 광전 변환 소자를 사용할 수 있으므로, 외광이 전달되면 모든 광전 변환 소자에서 전기 신호가 발생할 수 있다. 외광으로 인한 노이즈는 광의 세기가 상대적으로 강한 경우가 일반적이므로, 매크로 픽셀(340)에 포함된 광전 변환 소자 전체(341,342,343,344,345)에서 전기 신호가 발생될 수 있다. 이 경우, 기준 수치 Nc 조절은 외광으로 인한 노이즈를 제거하기에 적절한 수단이 아닐 수 있다. 따라서, 제어부(330)는 매크로 픽셀(311)에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하여 광전 변환 소자 민감도를 직접 감소 시킬 수 있다. 도 2를 참조하면, 제 2 영역 및 제 3 영역에서 작동하는 포토 다이오드의 감도는 역 바이어스 전압의 크기에 따라 상대적으로 크게 변하므로, 역 바이어스 전압의 크기를 조절하면, 상대적으로 영향이 강한 외광에 의한 노이즈를 제어할 수 있다.
제 2 더미 픽셀(350)은 복수의 제 2 더미 소자(351)를 포함하고, 외광이 유입될 수 있다. 제 2 더미 소자(351)은 광전 변환 소자로 광전 변환 소자(211)과 실질적으로 동일한 광전 변환 소자일 수 있다. 제 2 더미 픽셀(350)이 포함하는 제 2 더미 소자(351)의 개수와 각 매크로 픽셀(311)이 포함하는 광전 변환 소자의 개수는 서로 동일할 수 있다. 제 2 더미 픽셀(350)과 매크로 픽셀(311)의 측정 조건이 서로 동일해야 카운트 측정 오차를 줄일 수 있기 때문이다.
제어부(330)는 제 2 더미 픽셀(350)의 외광 카운트를 측정하고, 상기 제 2 더미 픽셀(350)의 외광 카운트를 기준으로 매크로 픽셀(311)에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하기 위해 전압인가부(360)를 제어할 수 있다. 전압인가부(360)는 매크로 픽셀(311)이 구동되기 위한 역 바이어스 전압을 인가하는 장치일 수 있다. 역 바이어스 전압의 선택은 상술한 기준 수치 Nc 조절 방법과 유사한 방법으로, 3차원 카메라의 영상의 노이즈와 역 바이어스 전압 간의 관계를 모니터링하여 적절한 역 바이어스 전압을 선택할 수 있다.
제어부(330)는 제 2 더미 픽셀(350)에서 측정된 외광 카운트에서 제 1 더미 픽셀(340)에서 측정된 다크 카운트를 차감한 값을 기준으로 역 바이어스 전압을 조절할 수 있다. 제 2 더미 픽셀(350)에서 발생되는 전기 신호에는 외광 카운트에 의한 신호뿐만 아니라 다크 카운트로 인한 전기 신호 또한 포함되어 있기 때문이다.
도 8는 일 실시예에 따른 3차원 카메라(400)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 3차원 카메라(400)는 뎁스 센서(300)과 제어부(330)에 의해 제어되는 광원(410)을 포함할 수 있다. 뎁스 센서(300)의 구성은 도 7의 구성과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
제어부(330)는 매크로 픽셀(311)의 노이즈를 제거하기 위해 기준 수치 Nc를 증가시키거나, 매크로 픽셀(311)에 인가되는 역 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있음은 상술한 바와 같다. 제어부(330)는 광원(410)의 광 출력을 제어하여 노이즈 제거로 감소된 매크로 픽셀(311)의 감도를 보상할 수 있다. 예를 들어, 제어부(330)가 기준 수치 Nc를 상승시키면, PCD 회로(321)에서 뎁스 회로(DC)로 제공하는 출력신호의 발생이 전체적으로 감소될 수 있다. 출력신호가 없음은 해당 픽셀에 광 정보가 없는 것으로, 이는 매크로 픽셀(311)의 감도가 저하된 것을 의미할 수 있다. 제어부(330)는 광원(410)의 광 출력을 상승시켜 매크로 픽셀(311)의 출력신호의 발생은 3차원 영상을 형성하기에 충분한 수준이 되도록 제어할 수 있다. 또, 예를 들어, 제어부(330)가 매크로 픽셀(311)의 역 바이어스 전압을 감소시키면, 매크로 픽셀(311)은 외광 뿐 아니라 광원(410)에서 발생된 광에 대해서도 감도가 감소될 수 있다. 제어부는 광원(410)의 광 출력을 상승은 외광에 의한 출력신호의 발생과는 무관하므로, 상술한 역 바이어스 전압의 감소로 인한 노이즈 제거 효과를 유지하면서도, 광원(410)에 의한 출력신호의 발생은 3차원 영상을 형성하기에 충분한 수준이 되도록 제어할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 3차원 카메라(500)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 따른 3차원 카메라(500)는 온도 측정부(510), 온도 조절부(520)를 포함할 수 있다. 온도 측정부(510), 온도 조절부(520)를 제외한 구성은 도 8의 3차원 카메라(400)과 실질적으로 유사하므로 설명은 생략한다.
온도 측정부(510)는 뎁스 센서(300) 내부의 온도를 측정할 수 있다. 다크 카운트는 온도에 의한 영향을 받는다. 온도가 상승할수록 다크 카운트가 상승하므로, 뎁스 센서(300)의 노이즈가 상승할 수 있다. 온도 측정부(510)는 측정한 뎁스 센서(300) 내부의 온도를 제어부(330)로 전달할 수 있다. 제어부(330)는 전달받은 뎁스 센서(300) 내부의 온도를 매크로 픽셀(311)의 노이즈를 제거하기 위한 지표로 활용할 수 있다. 예를 들어, 뎁스 센서(300) 내부의 온도가 상승하면, 제어부(330)는 3차원 카메라(500) 내부에 위치하는 온도 조절부(520)를 제어하여, 뎁스 센서(300) 내부의 온도를 낮추어 다크 카운트로 인한 노이즈를 제어할 수 있다. 또는, 예를 들어 제어부(330)는 PCD 회로(321)의 기준 수치 Nc를 가변하여 다크 카운트로 인한 노이즈를 제어할 수 있다.
또는, 예를 들어 제어부(330)는 전압인가부(360)를 제어하여 매크로 픽셀(311)에 인가되는 역 바이어스 전압을 낮추어 다크 카운트로 인한 노이즈를 제어할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100 : 뎁스 센서
110 : 매크로 픽셀
111,112,113,114,115 : 광전 변환 소자
120a : PCD 회로
120b : CD 회로
130 : 제어부
140 : 뎁스 회로
240 : 제 1 더미 픽셀
350 : 제 2 더미 픽셀
360 : 전압인가부
410 : 광원
510 : 온도 측정부
520 : 온도 조절부

Claims (20)

  1. 복수의 제 1 더미 소자를 포함하고, 외부 광이 차단되는 제 1 더미 픽셀;
    복수의 광전 변환 소자를 포함하고, 입력 광을 광전 변환하여 전기 신호를 제공하는 매크로 픽셀;
    상기 복수의 광전 변환 소자에서 제공되는 전기 신호와 기준 수치 Nc를 비교하여 각 매크로 픽셀에 대응하는 출력신호의 제공여부를 결정하는 PCD 회로;
    상기 PCD 회로로부터 출력신호를 제공받아, 상기 출력신호에 대응하는 거리 정보를 획득하는 뎁스 회로; 및
    상기 제 1 더미 픽셀의 다크 카운트를 측정하고, 상기 다크 카운트를 기준으로 상기 매크로 픽셀의 기준 수치 Nc를 가변하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 제어부;를 포함하는 뎁스 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PCD 회로는,
    상기 복수의 광전 변환 소자에서 제공되는 전기 신호에 응답하여 신호 전류를 제 1 노드로 공급하는 신호생성부;
    상기 기준 수치 Nc에 대응하는 레퍼런스 전류를 상기 제 1 노드로 공급하는 레퍼런스부; 및
    상기 제 1 노드와 연결되고, 상기 신호 전류가 상기 레퍼런스 전류보다 클 때 상기 매크로 픽셀의 출력신호가 제공되도록 하는 전류비교기;를 포함하는 뎁스 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호생성부는,
    상기 복수의 광전 변환 소자에서 발생되는 전기 신호에 각각 응답하여 온오프 전환되는 복수의 스위치; 및
    상기 스위치에 각각 연결되어, 상기 스위치가 닫힌 상태에서 상기 제 1 노드로 전류를 공급하는 복수의 신호전류원;을 포함하고,
    상기 신호 전류는 상기 닫힌 상태의 스위치들이 상기 제 1 노드로 공급하는 전류들의 합인 뎁스 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 레퍼런스부는,
    상기 기준 수치 Nc를 기준으로 상기 제어부에 의해 온오프 전환되는 복수의 스위치; 및
    상기 스위치에 각각 연결되어, 상기 스위치가 닫힌 상태에서 상기 제 1 노드로 전류를 공급하는 복수의 레퍼런스 전류원;을 포함하고,
    상기 레퍼런스 전류는 상기 닫힌 상태의 스위치들이 상기 제 1 노드로 공급하는 전류들의 합인 뎁스 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호전류원과 상기 레퍼런스 전류원은 서로 동일한 크기의 전류를 공급하는 뎁스 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 노드에 상기 신호전류원 및 상기 레퍼런스 전류원보다 작은 크기의 추가 전류를 공급하는 추가 전류원;을 더 포함하는 뎁스 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 더미 픽셀과 상기 매크로 픽셀은, 서로 동일한 개수의 상기 제 1 더미 소자와 상기 광전 변환 소자를 각각 포함하는 뎁스 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복수의 제 2 더미 소자를 포함하며 외부 광이 유입되는 제 2 더미 픽셀;을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 측정하고, 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 기준으로 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하는 뎁스 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외광 카운트에서 상기 다크 카운트를 차감한 값을 기준으로 역 바이어스 전압을 조절하는 뎁스 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    센서 내부의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서 내부의 온도에 따라 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서 내부의 온도에 따라 상기 매크로 픽셀의 기준 수치 Nc를 가변하는 뎁스 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서의 온도를 낮춰 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 뎁스 센서.
  13. 제 1 항에 따른 뎁스 센서; 및
    대상체에 광을 조사하는 광원;을 포함하는 3차원 카메라.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 뎁스 센서는,
    복수의 제 2 더미 소자를 포함하며 외부 광이 유입되는 제 2 더미 픽셀;을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 측정하고, 상기 제 2 더미 픽셀의 외광 카운트를 기준으로 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하는 3차원 카메라.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어함으로써 저하되는 감도를 상기 광원을 조절하여 보상하는 3차원 카메라.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 PCD 회로의 기준 수치 Nc를 높게 변경할 때, 상기 광원의 광 출력을 증가시키는 3차원 카메라.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 매크로 픽셀에 인가되는 상기 역 바이어스 전압을 낮게 조절할 때, 상기 광원의 광 출력을 증가시키는 3차원 카메라.
  18. 복수의 광전 변환 소자를 포함하며 입력 광을 광전 변환하여 전기 신호를 제공하는 매크로 픽셀; 및 상기 매크로 픽셀에서 제공하는 전기 신호와 기준 수치 Nc를 비교하여 각 매크로 픽셀에 대응하는 출력신호의 제공여부를 결정하는 PCD 회로;를 포함하는 뎁스 센서의 제어 방법에 있어서,
    복수의 제 1 더미 소자를 포함하며 외부 광이 차단되는 제 1 더미 픽셀을 제공하는 단계;
    상기 제 1 더미 픽셀로부터 다크 카운트를 측정하는 단계; 및
    상기 다크 카운트를 기준으로, 상기 PCD 회로의 기준 수치 Nc를 변경하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    복수의 제 2 더미 소자를 포함하고, 외부 광이 유입되는 제 2 더미 픽셀로부터 외광 카운트를 측정하는 단계; 및
    상기 외광 카운트를 기준으로, 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계;를 더 포함하는 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계에 있어서,
    상기 외광 카운트에서 상기 다크 카운트를 차감한 값을 기준으로 상기 매크로 픽셀에 인가되는 역 바이어스 전압을 조절하여 상기 매크로 픽셀의 노이즈를 제어하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
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