KR20210050570A - 포토닉스 시스템 및 방법 - Google Patents

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우리엘 레비
아브라함 바칼
나답 멜라무드
요니 프로스퍼 샬리보
로니 도브린스키
힐렐 힐렐
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Abstract

단파 적외선(SWIR) 이미징을 위한 시스템 및 방법, 암전류를 감소시키기 위한 낮은 암전류를 갖는 광 검출기 및 관련 회로, 및 광 검출기 어레이의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법이 개시된다. SWIR 이미징 시스템은 (a) SWIR 대역에서 타겟을 향해 복사 펄스를 방출하여 타겟으로부터 반사된 복사를 생성하도록 작동하는 펄스 조명원; (b) 축적된 암전류 노이즈가 시간 독립적 판독 노이즈를 초과하지 않는 집적 시간 동안 수신기의 동작을 제어하도록 작동하며, 상기 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 복수의 Ge PD를 포함하는 이미징 수신기를 포함한다.

Description

포토닉스 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019 년 10 월 24 일에 출원된 미국 특허 출원 제 16/662,665 호, 2020 년 9 월 8 일에 출원된 미국 가특허 출원 제 63/075426 호, 2020 년 10 월 20 일에 출원된 미국 가특허 출원 제 63/093,945 호 및 2020 년 10 월 22 일 출원된 미국 가특허 출원 제 63/094,913 호에 기초하여 우선권 주장하며, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 개시 내용은 포토닉스 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 적외선(IR) 포토닉스에 사용되는 전자 광학 장치 및 레이저에 관한 것이다.
광 검출기 어레이("광 센서 어레이"라고도 함)와 같은 광 검출 장치는 충돌하는 빛을 검출하기 위한 하나 이상의 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에 의해 제공되는 전하를 저장하기 위한 커패시턴스를 각각 포함하는 다수의 포토사이트를 포함한다. 커패시턴스는 전용 커패시터로서, 및/또는 포토다이오드, 트랜지스터 및/또는 PS의 다른 구성 요소의 기생 커패시턴스를 사용하여 구현될 수 있다. 본 명세서의 이후에서는 단순화를 위해, "광 검출 장치"라는 용어는 종종 "PDD"라는 약어로 대체되고, "광 검출기 어레이"라는 용어는 종종 "PDA"라는 약어로 대체되고, "포토다이오드"라는 용어는 종종 약어 "PD"로 대체된다.
용어 "포토사이트"는 센서 어레이의 단일 센서 요소(이는 또한 단어 "센서"와 "셀" 또는 "센서"와 "요소"의 혼성어로서"센셀(sensel)"이라고도 지칭됨)와 관련되고, 이는 또한 "센서 요소", "광 센서 요소", "광 검출기 요소" 등으로 지칭된다. 아래에서, "포토사이트"는 종종 "PS"라는 약어로 대체된다. 각각의 PS는 하나 이상의 PD를 포함할 수 있다(예를 들어, 컬러 필터 어레이가 구현되는 경우, 스펙트럼의 다른 부분의 광을 검출하는 PD는 선택적으로 단일 PS로 집합적으로 지칭될 수 있음). PS는 또한 PD 이외에, 일부 회로 또는 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.
암전류는 널리 알려진 현상이며, PD를 참조할 때, 광자가 장치에 들어 가지 않는 경우에도 PD를 통해 흐르는 전류와 관련된다. PD에서의 암전류는 PD의 고갈 영역 내에서 전자와 정공의 무작위 생성으로 인해 발생할 수 있다.
일부 경우에는, 제한된 크기의 커패시터를 구현하면서, 비교적 높은 암전류를 특징으로 하는 포토다이오드를 갖는 포토사이트를 제공할 필요가 있다. 일부 경우에는, 출력 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 줄이면서, 비교적 높은 암전류를 특징으로 하는 PD를 갖는 PS를 제공할 필요가 있다. 높은 암전류 축적을 특징으로 하는 PS에서는, 암전류가 전자 광학 시스템에 미치는 해로운 영향을 극복할 필요가 있으며, 이를 극복하는 것이 유리할 것이다. 이하에서는, 간략함을 위해, 용어 "전자 광학"은 약어 "EO"로 대체될 수 있다.
단파 적외선(SWIR) 이미징은 가시 광선 이미징을 사용하여 수행하기 어려운 다양한 응용을 가능하게 한다. 응용 분야에는 전자 기판 검사, 태양 전지 검사, 생산 검사, 게이트 이미징, 식별 및 분류, 감시, 위조 방지, 공정 품질 관리 등이 포함된다. 기존의 많은 InGaAs-기반 SWIR 이미징 시스템은 제조 비용이 비싸고 현재 제한된 제조 능력을 겪고 있다.
따라서, 주변 전자 장치에 더 쉽게 통합되는 PD에 기초하는, 보다 비용 효율적인 광 수신기를 사용하는 SWIR 이미징 시스템을 제공할 수 있는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 능동형 SWIR 이미징 시스템이 개시되는데, 이는 타겟을 향해 SWIR 복사(radiation) 펄스를 방출하도록 작동하는 펄스 조명원으로서, 상기 복사 펄스는 상기 타겟에 충돌하여 타겟으로부터 반사된 SWIR 복사 펄스를 발생시키고; 상기 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 복수의 게르마늄(Ge) 포토다이오드(PD)를 포함하는 이미징 수신기로서, 상기 이미징 수신기는 각각의 Ge PD에 대하여, 각각의 Ge PD에 충돌하여 반사된 SWIR 복사를 나타내는 각각의 검출 신호, 50μA/cm²보다 큰 암전류, 시간 의존적 암전류 노이즈 및 시간 독립적 판독 노이즈를 생성하고; 및 축적된 암전류 노이즈가 시간 독립적 판독 노이즈를 초과하지 않는 집적(integration) 시간 동안, 상기 이미징 수신기의 동작을 제어하도록 작동하는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전자 광학 시스템(EO)의 시야(FOV)에 있는 대상물의 단파 적외선(SWIR) 이미지를 생성하는 방법이 개시되는데, 이는 FOV를 향해 적어도 하나의 조명 펄스를 방출하여, 적어도 하나의 타겟으로부터 반사된 SWIR 복사를 발생시키는 단계; 상기 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 복수의 게르마늄(Ge) 포토다이오드(PD)를 포함하는 이미징 수신기에 의해 연속적인 신호 획득의 개시를 트리거링하는 단계; 트리거링의 결과로서, 각각의 Ge PD에 대해, 적어도 각각의 Ge PD에 대한 SWIR 반사 복사의 충돌, 50μA/cm²보다 큰 암전류, 집적-시간 의존적 암전류 노이즈 및 집적-시간 독립적 판독 노이즈로부터 발생하는 전하를 수집하는 단계; 암전류 노이즈의 결과로서 수집된 전하량이 집적-시간 독립적 판독 노이즈의 결과로서 수집된 전하량보다 여전히 낮을 때, 전하 수집의 중단을 트리거링하는 단계; 및 각각의 Ge PD에 의해 수집된 전하 레벨에 기초하여 FOV의 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템이 개시되는데, 이는 수동형 Q-스위치 레이저(이는 또한 "P-QS 레이저"로 지칭됨)를 포함하고, 이는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)을 포함하는 이득 매질 결정질(GMC) 물질을 포함하는 이득 매질(GC); 상기 이득 매질에 견고하게 커플링된 포화 흡수체(SA)로서, 상기 SA는 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 2가 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 세라믹 물질의 군으로부터 선택된 세라믹 포화 흡수체 결정질(SAC) 물질을 포함하는 포화 흡수체(SA); 및 상기 이득 매질 및 포화 흡수체가 위치하는 광학 캐비티로서, 상기 광학 캐비티는 고 반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하는 광학 캐비티를 포함한다.
본 명세서에서 단순화를 위해, 용어 "포화 흡수체"는 종종 약어 "SA"로 대체된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템이 개시되는데, 이는 P-QS 레이저를 포함하고, 이는 세라믹 Nd:YAG을 포함하는 GMC 물질을 포함하는 이득 매질; 상기 이득 매질에 견고하게 커플링된 SA로서, 상기 SA는 V3+:YAG 및 2가 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 세라믹 물질 그룹으로부터 선택된 세라믹 SA 결정질 물질을 포함하는 포화 흡수체; 및 상기 이득 매질 및 상기 포화 흡수체가 위치하는 광학 캐비티로서, 상기 광학 캐비티는 고 반사율 미러 및 출력 커플러를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템이 개시되는데, 이는 P-QS 레이저를 포함하고, 이는 세라믹 네오디뮴이 도핑된 희토류 원소 결정을 포함하는 세라믹 이득 매질 결정질(GMC) 물질을 포함하는 이득 매질; 상기 이득 매질에 견고하게 커플링되는 포화 흡수체(SA)로서, 상기 SA는 V3+:YAG 및 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 결정질 물질 그룹으로부터 선택된 세라믹 포화 흡수체 결정질(SAC) 물질을 포함하고; 및 상기 이득 매질 및 상기 SA가 위치하는 광학 캐비티로서, 상기 광학 캐비티는 고 반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하는 광학 캐비티를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, P-QS 레이저용 부품을 제조하는 방법이 개시되는데, 이는 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 몰드에 삽입하는 단계; 상기 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 몰드에서 압축하여, 제 1 성형체를 생성하는 단계; 상기 적어도 하나의 제 1 분말과 상이한 적어도 하나의 제 2 분말을 제 2 몰드에 삽입하는 단계; 상기 적어도 하나의 제 2 분말을 제 2 몰드에서 압축하여, 제 2 성형체를 생성하는 단계; 상기 제 1 성형체를 가열하여, 제 1 결정질 물질을 생성하는 단계; 상기 제 2 성형체를 가열하여, 제 2 결정질 물질을 생성하는 단계; 및 상기 제 2 결정질 물질을 제 1 결정질 물질에 연결하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 제 1 결정질 물질 및 제 2 결정질 물질 중 하나는 네오디뮴 도핑된 결정질 물질이며, P-QS 레이저를 위한 이득 매질이고, 상기 제 1 결정질 물질 및 제 2 결정질 물질 중 다른 하나는 P-QS 레이저를 위한 포화 흡수체(SA)이고, 네오디뮴 도핑된 결정질 물질 및 도핑된 결정질 물질로 구성된 결정질 물질의 그룹으로부터 선택되고, 여기서 상기 도핑된 결정질 물질은 V3+:YAG 및 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 결정질 물질의 그룹으로부터 선택된다. 또한, 이 경우, 상기 이득 매질 및 SA 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 물질이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출 장치(PDD)가 개시되는데, 이는 능동 포토다이오드(PD)를 포함하는 능동 포토사이트(PS); 레퍼런스 PD를 포함하는 레퍼런스 PS; 전압 제어 전류원 또는 전압 제어 전류 싱크로 구성되고, 상기 능동 PD에 연결된 제 1 전압 제어 전류 회로; 및 상기 능동 전압 제어 전류 회로 및 상기 레퍼런스 PS에 커플링된 제어 전압 생성 회로로서, 상기 능동 PS의 출력에서 능동 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 상기 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하는 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하는 데 사용되는 제어 전압 생성 회로를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출 장치(PDD)에서 암전류의 영향을 감소시키는 방법이 개시되는데, 이는 PDD가 제 1 온도에서 작동하는 경우, PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제 1 제어 전압을 결정하는 단계; PDD의 능동 PS의 적어도 하나의 능동 PD에 커플링된 제 1 전압 제어 전류 회로에 제 1 제어 전압을 제공하여, 제 1 전압 제어 전류 회로가 능동 PS에서 제 1 암전류 카운터링 전류를 부과하게 하는 단계; PDD의 시야에서 대상물에서 발생하는 능동 PD의 광 충돌 및 능동 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 능동 PD에 의해 제 1 검출 전류를 생성하는 단계; 상기 제 1 검출 전류 및 상기 제 1 암전류 카운터링 전류에 응답하여, 상기 제 1 검출 전류보다 크기가 작은 제 1 검출 신호를 상기 능동 PS에 의해 출력하여, 상기 제 1 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 보상하는 단계; PDD가 상기 제 1 온도보다 적어도 10 ℃ 높은 제 2 온도에서 작동하는 경우, PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제 2 제어 전압을 결정하는 단계; 제 2 제어 전압을 제 1 전압 제어 전류 회로에 제공하여, 제 1 전압 제어 전류 회로가 능동 PS에서 제 2 암전류 카운터링 전류를 부과하게 하는 단계; 대상물에서 발생하는 능동 PD의 광 충돌 및 능동 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 능동 PD에 의해 제 2 검출 전류를 생성하는 단계; 및 제 2 검출 전류 및 제 2 암전류 카운터링 전류에 응답하여, 제 2 검출 전류보다 크기가 작은 제 2 검출 신호를 상기 능동 PS에 의해 출력하여, 상기 제 2 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 보상하는 단계를 포함한다. 이 경우, 제 2 암전류 카운터링 전류의 크기는 제 1 암전류 카운터링 전류의 크기보다 적어도 2 배 더 크다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출 장치(PDD)를 테스트하는 방법이 개시되는데, 이는 제어 전압 생성 회로의 증폭기의 제 1 입력에 제 1 전압을 제공하며, 증폭기의 제 2 입력은 레퍼런스 PD 및 증폭기의 출력 전압에 응답하여 결정된 레벨로 전류를 공급하는 제 2 전류 회로에 커플링되어, 증폭기가 상기 PDD의 PS의 제 1 전류 회로에 대한 제 1 제어 전압을 생성하게 하는 단계; 상기 제 1 전류 회로에 의해 생성된 전류에 응답하여 생성된 PS의 제 1 출력 신호를 판독하는 단계; 상기 증폭기의 제 1 입력에 상기 제 1 전압과 상이한 제 2 전압을 제공하여, 상기 증폭기가 상기 제 1 전류 회로에 대한 제 2 제어 전압을 생성하게 하는 단계; 상기 제 1 전류 회로에 의해 생성된 전류에 응답하여 생성된 PS의 제 2 출력 신호를 판독하는 단계; 및 제 1 출력 신호 및 제 2 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 단계로서, 상기 검출 경로는 PS 및 상기 PS와 관련된 판독 회로를 포함하고;를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 이미지를 생성하기 위한 시스템이 개시되는데, 이는 모든면에서 저 반사율 표면으로 둘러싸인 고 반사율 표면을 포함하는 대상물의 다중 검출 결과를 광 검출기 어레이(PDA)로부터 수신하고, 상기 다중 검출 결과는 제 1 프레임 노출 시간 동안 PDA에 의해 검출된 대상물의 제 1 프레임 정보 및 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간 동안 상기 PDA에 의해 검출된 대상물의 제 2 프레임 정보를 포함하고; 저 반사율 표면을 나타내는 어두운 배경으로 둘러싸인, 고 반사율 표면을 나타내는 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하기 위해 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 제 1 프레임 정보를 처리하고; 및 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하여, 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하도록, 구성된 프로세서를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법이 개시되는데, 이는 제 1 프레임 노출 시간 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 고 반사 영역을 포함하는 저 반사 타겟의 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계; 상기 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 제 1 프레임 정보를 처리하여, 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하는 단계; 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간 동안 상기 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 고 반사 영역을 포함하는 저 반사 타겟의 제 2 프레임 정보를 상기 PDA로부터 수신하는 단계; 및 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하여 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 개시되는데, 이는 프로세서에서 실행될 때, 제 1 프레임 노출 시간 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계; 상기 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 제 1 프레임 정보를 처리하여, 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하는 단계; 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간 동안 상기 PDA에 의해 검출된 상기 타겟의 상이한 부분들의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제 2 프레임 정보를 상기 PDA로부터 수신하는 단계; 및 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하여, 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하는 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 동적 포토사이트(PS) 사용 가능성 평가 기능을 갖는 전자 광학(EO) 시스템이 개시되는데, 이는 복수의 포토사이트를 포함하는 광 검출기 어레이(PDA)로서, 각각의 포토사이트는 상이한 프레임에서 검출 신호를 출력하도록 작동하며, 각각의 포토사이트에 의해 프레임에 대해 출력된 검출 신호는 각각의 프레임 동안 각각의 포토사이트에 충돌하는 광량을 나타내고; 복수의 포토사이트 중 각각에 대해 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 포토사이트가 사용 불가능하다고 결정하고, 제 1 프레임 노출 시간 보다 짧은 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 포토사이트가 사용 가능하다고 이후에 결정하도록, 작동하는 사용 가능성 필터링 모듈; 및 복수의 포토사이트의 프레임 검출 레벨에 기초하여 이미지를 생성하도록 작동하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 (i) 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성할 때, 사용 가능성 필터링 모듈에 의해 제 1 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 결정된 필터링된 포토사이트의 제 1 검출 신호를 제외하고, (ii) 제 1 프레임 검출 레벨의 캡처 후, PDA에 의해 캡처된 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성할 때, 사용 가능성 필터링 모듈에 의해 제 2 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 결정된 필터링된 포토사이트의 제 2 검출 신호를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법이 개시되는데, 이는 PDA의 복수의 포토사이트(PS) 중 각각에 대해 제 1 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 1 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 1 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 1 그룹, 및 (b) 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹을 식별하는 단계; 사용 가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계; 상기 제 1 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간을 결정하는 단계; 상기 PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 2 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 2 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 2 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 제 1 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 2 그룹, 및 제 2 PS, 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹을 식별하는 단계; 사용 가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계; 제 2 프레임 정보를 수신한 후, 제 1 프레임 노출 시간보다 길고 제 2 프레임 노출 시간보다 짧은 제 3 프레임 노출 시간을 결정하는 단계; PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 3 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 세기를 나타내는 제 3 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 3 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 3 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 제 1 PS 및 제 2 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 3 그룹, 및 제 3 PS 및 제 4 PS을 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹을 식별하는 단계; 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 3 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 개시되는데, 이는 프로세서에서 실행될 때, PDA의 복수의 포토사이트(PS) 중 각각에 대해 제 1 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 1 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 1 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 1 그룹, 및 (b) 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹을 식별하는 단계; 사용 가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계; 상기 제 1 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간을 결정하는 단계; 상기 PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 2 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 2 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 2 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 제 1 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 2 그룹, 및 제 2 PS, 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹을 식별하는 단계; 사용 가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계; 제 2 프레임 정보를 수신한 후, 제 1 프레임 노출 시간보다 길고 제 2 프레임 노출 시간보다 짧은 제 3 프레임 노출 시간을 결정하는 단계; PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 3 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 세기를 나타내는 제 3 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 3 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 3 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 제 1 PS 및 제 2 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 3 그룹, 및 제 3 PS 및 제 4 PS을 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹을 식별하는 단계; 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 3 이미지를 생성하는 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예의 비-제한적인 예는 본 단락 다음에 열거된 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 하나 이상의 도면에 표시되는 동일한 구조, 요소 또는 부분은 나타나는 모든 도면에서 동일한 숫자로 표시될 수 있다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예를 조명하고 명확하게 하기 위한 것이며, 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 모든 도면은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 장치 또는 흐름도를 도시한다. 도면에서:
도 1a, 1b 및 1c는 능동형 SWIR 이미징 시스템을 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 SWIR 이미징 시스템에서 집적 시간의 상이한 지속 시간 후, 노이즈 파워의 상대적 크기를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 3a, 3b 및 3c는 일부 실시 예에 따른 능동형 SWIR 이미징 시스템의 작동 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시한다.
도 4a, 4b 및 4c는 능동형 SWIR 이미징 시스템의 예시적인 동작 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시한다.
도 5는 EO 시스템의 FOV에서 대상물의 SWIR 이미지를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 SWIR 광학 시스템의 예를 예시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 7a, 7b 및 7c는 P-QS 레이저의 예를 예시하는 개략적인 기능 블록도이다.
도 8 및 9는 SWIR 광학 시스템을 예시하는 개략적인 기능도이다.
도 10은 SWIR 광학 시스템의 예를 예시하는 개략적 기능 블록도이다.
도 11a, 11b 및 11c는 P-QS 레이저용 부품을 제조하기 위한 방법 및 상기 방법의 실행을 위한 개념적 타임 라인의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 12a는 전압 제어 전류원에 의해 제어되는 PD를 포함하는 PS를 개략적으로 도시한다.
도 12b는 "3T" 구조에서 전압 제어 전류원에 의해 제어되는 PD를 포함하는 PS를 개략적으로 도시한다.
도 13a 및 13b는 암전류의 영향을 감소시키기 위해 작동하는 회로 및 PS를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 13c는 암전류의 영향을 감소시키도록 작동하는 복수의 PS 및 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 14는 예시적인 PD I-V 곡선 및 PDD에 대한 가능한 동작 전압을 도시한다.
도 15는 복수의 레퍼런스 포토사이트에 연결된 제어 전압 생성 회로를 도시한다.
도 16a 및 16b는 복수의 PD에 기초한 레퍼런스 회로 및 PS의 어레이를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 17 및 18은 암전류의 영향을 감소시키도록 작동하는 회로 및 PS를 각각 포함하는 PDD를 도시한다.
도 19는 광학 장치, 프로세서 및 추가 구성 요소를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 20은 광 검출기에서 암전류를 보상하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 21은 광 검출기에서 암전류를 보상하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 22는 광 검출기를 테스트하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 23은 일부 실시 예에 따른 EO 시스템을 도시한다.
도 24는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법의 일 예를 도시한다.
도 25 및 26은 상이한 프레임 노출 시간에서 PDA 동작을 위한 모델을 생성하기 위한 방법을 예시하는 흐름도 및 상이한 프레임 노출 시간에서 동일한 장면을 취한 상이한 프레임에 대한 상기 방법 실행의 그래픽 표현을 각각 도시한다.
도 27은 상이한 작동 조건에서 PS의 상이한 서브세트에 기초하여 이미지를 생성하는 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 28a 및 28b는 EO 시스템 및 예시적인 타겟 대상물을 도시한다.
도 29는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
예시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면에 도시된 요소가 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 일부 요소의 치수는 명확성을 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절하다고 간주되는 경우, 대응하거나 유사한 요소를 지시하기 위해 도면 중에서 참조 번호가 반복될 수 있다.
다음의 상세한 설명에서, 개시 내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제시된다. 그러나, 본 개시 내용이 이러한 특정 세부 사항없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예에서, 널리 공지된 방법, 절차 및 구성 요소는 본 개시 내용을 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기재되지 않았다.
제시된 도면 및 설명에서, 동일한 참조 번호는 상이한 실시 예 또는 구성에 공통인 구성 요소를 지시한다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 다음 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 논의 전반에 걸쳐, "처리하는", "계산하는", "산출하는", "결정하는", "생성하는", "설정하는", "구성하는", "선택하는", "정의하는" 등과 같은 용을 사용하는 것은 전자적 양과 같은 물리적 양 및/또는 물리적 대상을 나타내는 데이터를 조작 및/또는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터의 동작 및/또는 프로세스를 포함한다.
"컴퓨터", "프로세서" 및 "컨트롤러"라는 용어는 비-제한적인 예로서, 개인용 컴퓨터, 서버, 컴퓨팅 시스템, 통신 장치, 프로세서(예컨대, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로 컨트롤러, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로 등), 기타 전자 컴퓨팅 장치 및 이들의 임의 조합을 포함하여, 데이터 처리 기능을 갖는 모든 종류의 전자 장치를 광범위하게 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서의 교시 사항에 따른 동작은 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 컴퓨터, 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 범용 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "예를 들어 ", "~와 같이", "예컨대" 및 이의 변형은 본 명세서에 개시된 발명의 비-제한적인 실시 예를 설명한다. 명세서에서, "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 그 변형에 대한 언급은 실시 예(들)와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 명세서에 개시된 적어도 하나의 실시 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, "일 경우", "일부 경우", "다른 경우" 또는 그 변형의 표현이 반드시 동일한 실시 예(들)를 지칭하는 것은 아니다.
명확성을 위해 별도의 실시 예의 맥락에서 설명된 본 명세서의 개시된 발명의 특정 특징이 단일 실시 예에서 조합되어 제공될 수도 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시 예의 맥락에서 설명된 본 명세서의 개시된 발명의 다양한 특징이 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 제공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 발명의 실시 예에서, 도면에 예시된 하나 이상의 단계 또는 단계는 상이한 순서로 실행될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 단계 그룹이 동시에 실행될 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 도면은 본 명세서에 개시된 발명의 실시 예에 따른 시스템 아키텍처의 일반적인 개략도를 예시한다. 도면의 각 모듈은 여기에 정의되고 설명된 기능을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 도면의 모듈은 한 위치에 집중되거나 하나 이상의 위치에 분산될 수 있다.
본 명세서에서 방법에 대한 모든 참조는 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용되어야 하며, 컴퓨터에 의해 실행되면 상기 방법의 실행을 가능하게 하는 명령을 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용되어야 한다.
본 명세서에서 시스템에 대한 모든 참조는 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용되어야 하며, 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령을 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용되어야 한다.
본 명세서에서 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 유사한 용어에 대한 참조는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령을 실행할 수 있는 시스템에 준용되어야 하며, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령을 판독하는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 개시 내용이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에 제공된 재료, 방법 및 예는 단지 예시일 뿐, 제한하려는 의도가 아니다.
본 개시 내용의 방법 및 시스템의 구현은 특정 선택된 작업 또는 단계를 수동으로, 자동으로 또는 이들의 조합으로 수행하거나 완료하는 것을 포함한다. 더욱이, 본 개시 내용의 방법 및 시스템의 바람직한 실시 예의 실제 기기 및 장비에 따르면, 몇몇 선택된 단계는 임의의 펌웨어 또는 이들의 조합의 임의의 운영 체제상에서 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어로서, 본 개시 내용의 선택된 단계는 칩 또는 회로로서 구현될 수 있다. 소프트웨어로서, 본 개시 내용의 선택된 단계는 임의의 적합한 운영 체제를 사용하는 컴퓨터에 의해 실행되는 복수의 소프트웨어 명령으로서 구현될 수 있다. 임의의 경우에, 본 개시 내용의 방법 및 시스템의 선택된 단계는 복수의 명령을 실행하기 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은 데이터 프로세서에 의해 수행되는 것으로 설명될 수 있다.
도 1a, 1b 및 1c는 본 명세서에 개시된 발명의 예들에 따른 능동형 SWIR 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 각각 예시하는 개략적인 블록도이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "능동형" 이미징 시스템은 시야(FOV)로부터 시스템에 도달하는 빛을 검출하고, 복수의 PD를 포함하는 이미징 수신기에 의해 그것을 검출하고, 시야 또는 그 일부의 하나 이상의 이미지를 제공하도록 검출 신호를 처리하도록, 작동한다. 용어 "이미지"는 이미징 시스템에 의해 검출된 장면의 디지털 표현을 의미하며, 이는 이미지의 각 그림 요소(픽셀)에 대한 색상 값을 저장하고, 각각의 픽셀 색상은 시야(예컨대, 수신기 광학 장치에 따라 FOV의 0.02°x 0.02°부분)의 상이한 부분으로부터 이미징 시스템에 도달하는 빛을 나타낸다. 선택적으로, 이미징 시스템은 FOV(예컨대, 깊이 맵, 3D 모델, 다각형 메쉬)에서 대상물 또는 빛의 다른 표현을 생성하도록 추가로 작동할 수 있지만, "이미지"라는 용어는 깊이 데이터 없는 2 차원(2D) 이미지를 지칭한다.
시스템(100)은 SWIR 대역에서 하나 이상의 타겟(104)을 향해 복사 펄스를 방출하도록 작동하는 조명원(IS)(102)를 포함하여, 타겟으로부터 반사된 복사를 시스템(100)의 방향으로 다시 반사시킨다. 도 1a에서, 나가는 조명은 106으로 표시되고, 시스템(100)을 향해 반사된 조명은 108로 표시된다. 방출된 복사의 일부는 또한 다른 방향으로 반사되거나, 타겟에 의해 편향되거나 흡수될 수 있다. "타겟"이라는 용어는 고체, 액체, 유연하고 단단한 물체와 같이 이미징 센서의 FOV에 있는 모든 대상물을 의미한다. 이러한 대상물의 일부 비-제한적인 예에는 차량, 도로, 사람, 동물, 식물, 건물, 전자 제품, 구름, 현미경 샘플, 제조 중 품목 등이 포함된다. 임의의 적절한 유형의 조명원(102)은 예를 들어, 하나 이상의 레이저, 하나 이상의 발광다이오드(LED), 하나 이상의 입사 플래시라이트, 이들의 임의의 조합 등으로 사용될 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 조명원(102)은 선택적으로 하나 이상의 능동 레이저, 또는 하나 이상의 P-QS 레이저를 포함할 수 있다.
시스템(100)은 또한 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 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 양은 타겟으로부터 반사된 SWIR 복사 펄스 광의 양을 포함하고, 추가 SWIR 광(예를 들어, 태양 또는 외부 광원으로부터 도달하는 광)을 포함할 수도 있다.
용어 "Ge PD"는 전자의 광 유도 여기(나중에 광전류로 검출 가능함)가 Ge 내에서, Ge 합금(예를 들어, SiGe) 내에서, 또는 Ge(또는 Ge 합금)와 다른 재료(예컨대, 실리콘, SiGe) 사이의 계면에서 발생하는 임의의 PD와 관련된다. 특히, 용어 "Ge PD"는 순수 Ge PD 및 Ge-실리콘 PD 모두에 관련된다. Ge와 실리콘 모두를 포함하는 Ge PD를 사용하는 경우, 다른 농도의 제라늄을 사용할 수 있다. 예를 들어, Ge PD에서 Ge의 상대적인 부분(실리콘과 합금되어 있든 그것에 인접하든)은 5 % 내지 99 % 범위일 수 있다. 예를 들어, Ge PD에서 Ge의 상대적인 부분은 15 %와 40 % 사이일 수 있다. 실리콘 이외의 재료는 또한 Ge PD의 일부일 수 있는데, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 실리사이드 또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있음에 유의해야 한다. 본 개시 내용의 일부 예에서, Ge PD는 순수한 Ge PD(99.0 % 초과의 Ge 포함)일 수 있다.
수신기는 단일 칩에서 제조된 PDA로 구현될 수 있음에 유의해야 한다. 본 개시 내용 전체에 걸쳐 논의된 임의의 PD 어레이는 수신기(110)로서 사용될 수 있다. Ge PD는 직사각형 매트릭스(Ge PD의 직선 행 및 직선 열), 벌집 타일링 및 심지어 불규칙한 구성과 같은 임의의 적절한 배치로 배열될 수 있다. 바람직하게는, 수신기의 Ge PD의 수는 고해상도 이미지의 생성을 가능하게 한다. 예를 들어, PD의 수는 대략 1 메가 픽셀, 10 메가 픽셀 또는 그 이상의 크기일 수 있다.
일부 실시 예에서, 수신기(110)는 다음 사양을 갖는다:
a. HFOV(수평 시야)[m]:60
b. WD(작동 거리)[m]:150
c. 픽셀 크기[um]:10
d. 해상도(대상물 상에서)[mm]:58
e. 픽셀 수[H]:1,050
f. 픽셀 수[V]:1112
g. 종횡비:3:1
h. 뷰 각도[rad]:0.4
i. 타겟의 반사율[%]:10 %
j. 수집(목표 반사율을 100 %로 가정하고 램버시안 반사율을 가정할 때, 방출된 광자에 대한 수집된 광자의 비율):3e-9.
위에서 논의된 바와 같이 충돌하는 SWIR 광에 추가하여, Ge PD 각각에 의해 생성된 전기 신호는 또한 다음과 같이 표시된다:
a. 랜덤하고 그 크기가 집적 시간에 독립적(또는 실질적으로 독립적)인 판독 노이즈. 이러한 노이즈의 예는 나이퀴스트 존슨(Nyquist Johnson) 노이즈(이는 열 노이즈 또는 kTC 노이즈으로 지칭됨)을 포함한다. 판독 프로세스는 통계적 구성 요소에 더하여, DC 구성 요소를 신호에 도입할 수도 있지만, "판독 노이즈"라는 용어는 판독 프로세스에 의해 도입된 신호의 랜덤 구성 요소와 관련된다.
b. 랜덤하고 집적 시간에 걸쳐 축적되는 암전류 노이즈(즉, 집적 시간에 의존적임). 암전류는 또한 통계적 구성 요소에 더하여, DC 구성 요소를 신호에 도입하지만(예를 들어, 도 12a 내지 도 22와 관련하여 논의된 바와 같이 제거되거나 제거되지 않을 수 있음), 용어 "암전류 노이즈"은 암전류로부터 초래되는, 집적 시간에 걸쳐 축적된 신호의 랜덤 구성 요소와 관련된다. .
일부 Ge PD, 특히 Ge와 다른 재료(예컨대, 실리콘)를 조합한 일부 PD는 상대적으로 높은 레벨의 암전류를 특징으로 한다. 예를 들어, Ge PD의 암전류는 50μA/cm²(PD의 표면적과 관련됨)보다 크고, 심지어 더 클 수 있다(100μA/cm²보다 크거나, 200μA/cm²보다 크거나, 500μA/cm²보다 클 수 있다). PD의 표면적에 따라, 이러한 암전류의 레벨은 Ge PD 당 50pA 이상(예컨대, Ge PD 당 100pA 이상, Ge PD 당 200pA 이상, Ge PD 당 500pA 이상, 또는 Ge PD 당 2nA 이상)으로 변환될 수 있다. 약 10mm², 약 50mm², 약 100mm², 약 500mm²와 같이 다양한 크기의 PD가 사용될 수 있다. Ge PD가 상이한 레벨의 비제로 바이어스(이는 복수의 Ge PD 각각에서 예를 들어, 50 pA보다 큰 암전류를 유도한다)에 놓여질 때, Ge PD에 의해 상이한 크기의 암전류가 생성될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
시스템(100)은 수신기(110)(및 선택적으로 조명원(IS)(102) 및/또는 다른 구성 요소)의 작동을 제어하는 컨트롤러(112) 및 이미지 프로세서(114)를 더 포함한다. 따라서, 컨트롤러(112)는 비교적 짧은 집적 시간 동안, 수신기(110)의 동작을 제어하도록 구성되어, 신호 품질에 대한 암전류 노이즈의 축적 효과를 제한한다. 예를 들어, 컨트롤러(112)는 축적된 암전류 노이즈가 집적 시간 독립적 판독 노이즈를 초과하지 않는 집적 시간 동안, 수신기(110)의 동작을 제어하도록 작동할 수 있다.
이제, 도 2를 참조하는데, 도 2는 본 명세서에 개시된 발명의 실시 예들에 따른, 집적 시간의 상이한 지속 시간 이후의 노이즈 파워의 상대적 크기를 도시하는 예시적인 그래프이다. 주어진 레이저 펄스 에너지에 대해, 신호 대 노이즈비(SNR)는 암전류 노이즈(암 광전류의 노이즈)과 열 노이즈(이는 kTC 노이즈으로 지칭됨)을 포함하는 노이즈 레벨에 의해 대부분 결정된다. 도 2의 예시적인 그래프에 도시된 바와 같이, 암전류 노이즈 또는 열 노이즈 중 어느 하나는 Ge-기반 수신기(110)의 집적 시간에 따라, PD의 전기 신호의 SNR에 영향을 미치는 데 지배적이다. 컨트롤러(112)는 비교적 짧은 시간(도 2에서 "A"로 표시된 범위 내) 동안 Ge 광 검출기의 동작 시간을 제한하기 때문에, 암전류 노이즈로부터 발생하는 전자가 많이 수집되지 않고, 따라서 SNR이 개선되어 열 노이즈의 영향을 주로 받는다. 수신기 집적 시간이 길어지면, Ge 광 검출기의 암전류로부터 발생하는 노이즈가 수신기 SNR에 영향을 미치는 데 있어서 열 노이즈보다 우세해져, 수신기 성능을 저하시킨다. 도 2의 그래프는 단지 예시일 뿐이며, 시간에 걸친 암전류 노이즈의 축적은 일반적으로 시간의 제곱근에 따라 증가한다:
Figure pct00001
(대안적으로, y-축을 매칭되는 비선형 다항식 스케일로 그려진 것으로 간주함). 또한, 축은 제로 집적 시간에 서로 교차하지 않다(이 경우, 축적된 암전류 노이즈는 0이다).
시스템(100)으로 되돌아 가면, 컨트롤러(112)는 더 짧은 집적 시간(예를 들어, 축적된 암전류 노이즈가 판독 노이즈의 절반 또는 판독 노이즈의 1/4을 초과하지 않는 동안의 집적 시간) 동안, 수신기(110)의 동작을 제어할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 특별히 요구되지 않는 한, 집적 시간을 매우 낮은 레벨로 제한하면, 검출될 수 있는 광 유도 신호의 양이 제한되고, 열 노이즈에 대한 SNR이 악화된다는 점에 유의해야 한다. 노이즈가 많은 신호(이는 상대적으로 높은 신호 레벨의 수집을 필요로 함)를 판독하는 데 적합한 판독 회로에서의 열 노이즈 레벨은 무시할 수 없는 판독 노이즈를 도입하여, SNR을 크게 저하시킬 수 있다.
일부 예에서, 다소 더 긴 집적 시간이 컨트롤러(112)에 의해 적용될 수 있다(예를 들어, 축적된 암전류 노이즈가 판독 노이즈의 2 배 또는 판독 노이즈의 ×1.5를 초과하지 않는 동안의 집적 시간).
본 명세서에 개시된 예시적인 실시 예는 Ge 기반 PD를 포함하는 수신기를 사용하는 높은 SNR 능동형 SWIR 이미징을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. Ge 수신기 기술 대 InGaAs 기술의 주요 장점은 CMOS 생산 라인의 일부로 수신기를 제조할 수 있게 하는 CMOS 프로세스와의 호환성이다. 예를 들어, Ge PD는 Si 포토닉스와 같은 실리콘(Si) 기판에 Ge 에피층을 성장시킴으로써, CMOS 프로세스에 통합될 수 있다. 따라서, Ge PD는 동등한 InGaAs PD보다 비용 효율적이다.
Ge PD를 활용하기 위해, 여기에 개시된 예시적인 시스템은 일반적으로 ~50uA/cm2 범위에서 Ge 다이오드의 비교적 높은 암전류의 한계를 극복하도록 적응된다. 암전류 문제는 짧은 캡처 시간과 고출력 레이저 펄스가 커플링된 능동형 이미징을 사용함으로써 극복된다.
특히 CMOS 공정을 사용하여 제조된 것에 한정되지 않는 Ge PD의 활용은 InGaAs 기술보다 비냉각 SWIR 이미징을 위한 훨씬 저렴한 솔루션이다. 많은 종래 기술의 이미징 시스템과 달리, 능동형 이미징 시스템(100)은 짧은 조명 지속 시간(예를 들어, 1μS 미만, 예컨대 1-1000μS) 및 높은 피크 전력을 갖는 펄스 조명원을 포함한다. 이는 이러한 펄스 광원의 단점(예컨대, 조명 불균일성, 더 높은 레벨의 판독 노이즈를 유발할 수 있는 더 복잡한 판독 회로) 및 더 짧은 집적 시간의 단점(예컨대, 단일 획득 사이클에서 넓은 범위의 거리를 캡처할 수 없음)에도 불구하고, 다음 설명에서 효과적인 이미징 시스템을 제공하기 위해 이러한 단점을 극복하기 위한 몇 가지 방법이 논의된다.
이제, 일부 실시 예에 따른 다른 SWIR 이미징 시스템(100' 및 100")을 개략적으로 도시하는 도 1b 및 도 1c를 참조한다. 시스템(100)과 같이, 시스템(100')은 능동형 조명원(102A) 및 수신기(110)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 컨트롤러(112) 및 이미지 프로세서(114)를 더 포함한다. 일부 실시 예에서, 수신기(110)의 출력 처리는 이미지 프로세서(114), 및 추가적으로 또는 대안적으로는 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 임의의 구성 요소 또는 기능은 임의의 시스템(100' 및 100")에서 구현될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
컨트롤러(112)는 컴퓨팅 장치이다. 일부 실시 예에서, 컨트롤러(112)의 기능은 조명원(102) 및 수신기(110) 내에 제공되고, 컨트롤러(112)는 별도의 구성 요소로서 요구되지 않다. 일부 실시 예에서, 이미징 시스템(100' 및 100")의 제어는 함께 작동하는 컨트롤러(112), 조명원(102) 및 수신기(110)에 의해 수행된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시 예에서, 이미징 시스템(100' 및 100")의 제어는 차량 전자 제어 유닛(ECU)(120)(이는 이미징 시스템이 설치된 차량에 속할 수 있음)과 같은 외부 컨트롤러에 의해 수행(또는 보충적으로 수행)될 수 있다.
조명원(102)은 전자기 스펙트럼의 적외선(IR) 영역에서 광 펄스(106)를 방출하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 광 펄스(106)는 대략 1.3μm 내지 3.0μm 범위의 파장을 포함하는 SWIR 스펙트럼 대역에 있다.
일부 실시 예에서, 예를 들어 도 1b에 도시된 바와 같이, 조명원(현재 102A로 표시됨)은 이득 매질(122), 펌프(124), 미러(미도시) 및 능동 QS 요소(126A)를 포함하는 능동 Q-스위치 레이저(또는 "능동적인 Q-스위치" 레이저)이다. 일부 실시 예에서, QS 요소(126A)는 변조기이다. 펌프(124)에 의한 이득 매질(122)의 전자적 또는 광학적 펌핑 후에, 광 펄스는 QS 요소(126A)의 능동적 트리거링에 의해 방출된다.
일부 실시 예에서, 예를 들어 도 1c에 도시된 바와 같이, 조명원(102P)은 이득 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 이득 매질(122)의 펌핑으로부터) 광 에너지를 저장할 수 있게 하고, 그 후에 "수동형 QS" 광 펄스가 방출된다. 수동형 QS 펄스의 방출을 검출하기 위해, QS 펄스 광 검출기(128)가 조명원(102P)에 커플링된다. 일부 실시 예에서, QS 펄스 광 검출기(128)는 Ge PD이다. QS 펄스 광 검출기(128)로부터의 신호는 수신기(110)에서 수신 프로세스를 트리거링하는 데 사용되어, 수신기(110)가 이미징될 타겟(104) 거리에 적합한 시간 기간후에 동작될 것이다. 시간 기간은 도 3b, 3c, 4b 및 4c를 참조하여 아래에서 더 설명되는 바와 같이 유도된다.
일부 실시 예에서, 조명원(102)으로부터의 레이저 펄스 지속 시간은 100ps 내지 1 마이크로초의 범위에 있다. 일부 실시 예에서, 레이저 펄스 에너지는 10 마이크로줄 내지 100 밀리줄의 범위에 있다. 일부 실시 예에서, 레이저 펄스 기간은 약 100 마이크로초이다. 일부 실시 예에서, 레이저 펄스 기간은 1 마이크로초 내지 100 밀리초의 범위에 있다.
이득 매질(122)은 결정의 형태 또는 대안적으로 세라믹 형태로 제공된다. 이득 매질(122)에 사용될 수 있는 재료의 비-제한적인 예는 Nd:YAG, Nd:YVO4, Nd:YLF, Nd:Glass, 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:Glass, Er:YAG 등이다. 일부 실시 예에서, 이득 매질의 도핑 레벨은 특정 이득에 대한 필요성에 기초하여 변할 수 있다. SA(126P)의 비-제한적인 예는 Co2+:MgAl2O4, Co2+:Spinel, Co2+:ZnSe 및 기타 코발트 도핑된 결정, V3+:YAG, 도핑된 유리, 양자점, 반도체 SA 미러(SESAM), Cr4+YAG SA 등이다. P-QS 레이저(102P)가 구현될 수 있는 추가 방식은 도 6 내지 도 11과 관련하여 아래에서 논의되고, 레이저(600)와 관련하여 논의된 임의의 변형이 조명원(102P)에 대해서도 준용적으로 구현될 수 있다.
조명원(102)을 참조하면, 특히 태양광 흡수 기반의 눈에 안전한 SWIR 복사가 필요한 경우, 충분한 전력 및 충분히 짧은 펄스를 갖는 펄스 레이저가 비-펄스 조명보다 달성하기 더 어렵고 비용이 더 많이 든다는 점에 유의해야 한다.
수신기(110)는 하나 이상의 Ge PD(118) 및 수신기 광학(116)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 수신기(110)는 Ge PD(118)의 2D 어레이를 포함한다. 수신기(110)는 조명원(102)에 의해 전송된 파장을 적어도 포함하여 적외선에 민감하도록 선택되어, 수신기가 반사된 복사(108)으로부터 조명된 타겟(104)의 이미지를 형성할 수 있게 한다.
수신기 광학 장치(116)는 반사된 전자기 복사(228)을 수집, 집중 및 선택적으로 필터링하고, 전자기 복사를 수신기(110)의 초점면에 집중시키도록 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 전송될 수 있다. 일부 실시 예에서, 수신기(110)는 특정 거리 범위를 각각 포함하는 "타임 슬라이스"를 생성하기 위해 여러 번 작동된다. 일부 실시 예에서, 이미지 프로세서(114)는 Gruber, Tobias, et al["Gated2depth:게이트된 이미지로부터의 실시간 고밀도 LIDAR." arXiv preprint arXiv:1902.04997(2019), 이는 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다]에 의해 제안된 것과 같이, 더 큰 시각적 깊이를 갖는 단일 이미지를 생성하기 위해 이들 슬라이스를 결합한다.
자동차 분야에서, 이미징 시스템(100' 또는 100")에 의해 생성된 수신기(110)의 시야(FOV) 내 타겟(104)의 이미지는 다양한 운전자 지원 및 안전 기능, 예를 들어 전방 충돌 경고(FCW), 차선 이탈 경고(LDW), 교통 표지 인식(TSR) 및 보행자 또는 다가오는 차량과 같은 관련 엔티티 감지를 제공하기 위해 처리될 수 있다. 생성된 이미지는 예를 들어, 차량 전면 유리의 헤드-업 디스플레이(HUD)에 투사되어 운전자에게 표시될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이미징 시스템(100' 또는 100")은 이미지 또는 비디오를 제공하기 위해 차량 ECU(120)에 인터페이스하여, 저조도 레벨 또는 열악한 가시성 조건에서 자율 주행을 가능하게 할 수 있다.
능동적 이미징 시나리오에서, 광원, 예를 들어 레이저는 광 수신기 어레이와 함께 사용된다. Ge PD는 SWIR 대역에서 작동하기 때문에, 눈 안전 규정을 초과하지 않으면서, 고출력 광 펄스가 가능한다. 자동차 시나리오의 구현을 위해, 전형적인 펄스 길이는 ~100ns이지만, 일부 실시 예에서 최대 약 1 마이크로초의 긴 펄스 지속 시간도 예상된다. 눈의 안전을 고려하면, ~300KW의 피크 펄스 전력이 허용되지만, 이 레벨은 현재 레이저 다이오드로는 실제로 달성할 수 없다. 따라서, 현재 시스템에서, 고출력 펄스는 QS 레이저에 의해 생성된다. 일부 실시 예에서, 레이저는 비용을 더 줄이기 위해 P-QS 레이저이다. 일부 실시 예에서, 레이저는 능동적인 QS이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "타겟"은 이미지화된 엔티티, 대상물, 영역 또는 장면 중 임의의 것을 지칭한다. 자동차 애플리케이션에서 타겟의 비-제한적인 예에는 차량, 보행자, 물리적 장벽 또는 기타 물체가 포함된다.
일부 실시 예에 따르면, 능동형 이미징 시스템은 타겟을 향해 복사 펄스를 방출하여 타겟으로부터 반사된 복사를 발생시키는 조명원, 여기서 조명원은 QS 레이저를 포함하고; 및 반사된 복사를 수신하기 위한 하나 이상의 Ge PD를 포함하는 수신기를 포함한다. 일부 실시 예에서, 조명원은 SWIR 스펙트럼 대역에서 동작한다.
일부 실시 예에서, QS 레이저는 능동 QS 레이저이다. 일부 실시 예에서, QS 레이저는 P-QS 레이저이다. 일부 실시 예에서, P-QS 레이저는 SA를 포함한다. 일부 실시 예에서, SA는 Co2+:MgAl2O4, Co2+:Spinel, Co2+:ZnSe 및 기타 코발트 도핑된 결정, V3+:YAG, 도핑된 유리, 양자점, 반도체 SA 미러(SESAM) 및 Cr4+YAG SA로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 실시 예에서, 시스템은 P-QS 레이저에 의해 방출된 복사 펄스를 검출하기 위한 QS 펄스 광 검출기를 더 포함한다. 일부 실시 예에서, 수신기는 복사 펄스가 타겟으로 이동하고 수신기로 리턴하기에 충분한 시간으로 동작되도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 수신기는 Ge PD의 암전류 파워가 Ge PD의 kTC 노이즈 파워를 초과하지 않는 집적 시간 동안 동작된다.
일부 실시 예에서, 수신기는 Ge PD에 의해 수신된 반사된 복사에 응답하여 전기 신호를 생성하며, 여기서 전기 신호는 복사 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다. 일부 실시 예에서, 전기 신호는 내부 이미지 프로세서 또는 외부 이미지 프로세서 중 하나에 의해 타겟의 이미지로 처리된다. 일부 실시 예에서, 타겟의 이미지는 전방 충돌 경고, 차선 이탈 경고, 교통 표지 인식 및 보행자 또는 다가오는 차량의 감지 중 하나 이상을 제공하도록 처리된다.
추가 실시 예에 따르면, 능동형 이미징을 수행하는 방법은 능동 QS 레이저를 포함하는 조명원에 의해 광 펄스를 방출하는 단계; 및 광 펄스가 타겟으로 이동하고 QS 레이저로 리턴하기에 충분한 시간 후에, 타겟으로부터 반사된 광 펄스를 수신하기 위하여 제한된 시간 기간 동안 하나 이상의 Ge PD를 포함하는 수신기를 동작하는 단계를 포함한다. 일부 실시 예에서, 조명원은 단파 적외선(SWIR) 스펙트럼 대역에서 작동한다. 일부 실시 예에서, 제한된 시간 기간은 Ge PD의 암전류 파워가 Ge PD의 kTC 노이즈 파워를 초과하지 않는 집적 시간 동안과 동일하다.
일부 실시 예에서, 수신기는 Ge PD에 의해 수신된 반사된 광 펄스에 응답하여 전기 신호를 생성하며, 여기서 전기 신호는 광 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다. 일부 실시 예에서, 전기 신호는 내부 이미지 프로세서 또는 외부 이미지 프로세서 중 하나에 의해 타겟의 이미지로 처리된다. 일부 실시 예에서, 타겟의 이미지는 전방 충돌 경고, 차선 이탈 경고, 교통 표지 인식 및 보행자 또는 다가오는 차량의 감지 중 하나 이상을 제공하도록 처리된다.
추가 실시 예들에 따르면, 능동형 이미징을 수행하는 방법은 SA가 포화될 때, 광 펄스의 방출을 야기하도록, SA를 포함하는 P-QS 레이저를 펌핑하는 단계; QS 펄스 광 검출기에 의해 광 펄스의 방출을 검출하는 단계; 및 광 펄스가 타겟으로 이동하고 검출된 광 펄스 방출에 기초하여 QS 레이저로 리턴하기에 충분한 시간 후에, 반사된 광 펄스를 수신하기 위하여 제한된 시간 기간 동안 하나 이상의 Ge PD를 포함하는 수신기를 동작하는 단계를 포함한다. 일부 실시 예에서, QS 레이저는 단파 적외선(SWIR) 스펙트럼 대역에서 작동한다.
일부 실시 예에서, SA는 Co2+:MgAl2O4, Co2+:Spinel, Co2+:ZnSe, 기타 코발트 도핑된 결정, V3+:YAG, 도핑된 유리, 양자점, 반도체 SA 미러(SESAM) 및 Cr4+YAG SA로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시 예에서, 제한된 시간 기간은 Ge PD의 암전류 파워가 Ge PD의 kTC 노이즈 파워를 초과하지 않는 집적 시간 동안과 동일하다.
일부 실시 예에서, 수신기는 Ge PD에 의해 수신된 반사된 광 펄스에 응답하여 전기 신호를 생성하며, 여기서 전기 신호는 광 펄스에 의해 조명되는 타겟의 이미지를 나타낸다. 일부 실시 예에서, 전기 신호는 내부 이미지 프로세서 또는 외부 이미지 프로세서 중 하나에 의해 타겟의 이미지로 처리된다. 일부 실시 예에서, 타겟의 이미지는 전방 충돌 경고, 차선 이탈 경고, 교통 표지 인식 및 보행자 또는 다가오는 차량의 감지 중 하나 이상을 제공하도록 처리된다.
예시적인 실시 예는 Ge 기반 PD를 사용하는 높은 SNR 능동형 SWIR 이미징을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시 예에서, 이미징 시스템은 게이트 이미징 시스템이다. 일부 실시 예에서, 펄스 조명원은 능동 또는 P-QS 레이저이다.
이제, 일부 실시 예에 따른 능동형 SWIR 이미징 시스템의 동작 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시하는 도 3a, 3b 및 3c를 참조한다. 도 3a에 도시된 프로세스(300)는 도 1b를 참조하여 설명된 시스템(100')에 기초한다. 단계(302)에서, 조명원(102A)의 펌프(124)가 동작되어 이득 매질(122)를 펌핑한다. 단계(304)에서, 능동 QS 요소(126A)는 D의 거리에 있는 타겟(104)의 방향으로 광 펄스를 방출한다. 단계(306)에서, 시간=T에서, 광 펄스는 타겟(104)에 충돌하고, 시스템(100') 및 수신기(110)를 향해 반사된 복사를 발생시킨다. 단계(308)에서, 시간=T2를 기다린 후, 수신기(110)는 반사된 복사를 수신하도록 동작된다. 리턴 전파 지연(T2)는 조명원(102A)으로부터 타겟(104)으로의 펄스 비행 시간과 타겟(104)으로부터 반사된 광 신호의 비행 시간을 더한 값으로 구성된다. 따라서, T2는 조명원(102A) 및 수신기(110)로부터의 거리 "D"에서 타겟(104)에 대해 알려져 있다. 수신기(110)의 동작 기간(Δt)은 요구되는 시야 깊이(DoV)에 기초하여 결정된다. DoV는 2DoV = c * Δt로 주어지며, 여기서 c는 빛의 속도이다. 100ns의 일반적인 Δt는 15 미터의 시야 깊이를 제공한다. 단계(310)에서, 반사된 복사는 Δt의 기간 동안 수신기(110)에 의해 수신된다. 수신기(110)로부터 수신된 데이터는 수신된 이미지를 생성하기 위해 이미지 프로세서(114)(또는 외부 이미지 프로세서)에 의해 처리된다. 프로세스(300)는 각 프레임에서 N 회 반복될 수 있으며, 여기서 프레임은 수신기(110)로부터 이미지 프로세서(114)(또는 외부 이미지 프로세서)로 전송되는 데이터 세트로 정의된다. 일부 실시 예에서, N은 1 내지 10,000이다.
이제, 일부 실시 예에 따른 능동형 SWIR 이미징 시스템의 예시적인 동작 방법의 흐름도 및 개략도를 각각 도시하는 도 4a, 4b 및 4c를 참조한다. 도 4a에 도시된 프로세스(400) 도 1을 참조하여 설명된 시스템(100")에 기초한다. 단계(402)에서, 조명원(102P)의 펌프(124)가 동작되어, 이득 매질(122)를 펌핑하고 SA(126P)를 포화시킨다. 단계(404)에서, 포화 레벨에 도달한 후, SA(126P)는 D의 거리에서 타겟(430)의 방향으로 광 펄스를 방출한다. 단계(406)에서, QS 펄스 광 검출기(128)는 방출된 광 펄스를 검출한다. 단계(408)에서, 시간=T에서, 광 펄스는 타겟(430)을 부딪히고 시스템(100") 및 수신기(110)를 향해 반사된 복사를 다시 발생시킨다. 단계(410)에서, QS 펄스 광 검출기(128)에 의해 방출된 광 펄스의 검출 후 시간=T2를 기다린 후, 수신기(110)는 반사된 복사를 수신하도록 동작된다. 리턴 전파 지연(T2)은 조명원(102P)으로부터 타겟(430)으로의 펄스의 비행 시간과 타겟(430)으로부터 반사된 광 신호의 비행 시간을 더한 값을 포함한다. 따라서, T2는 조명원(102P) 및 수신기(110)로부터 거리 "D"에 있는 타겟(430)에 대해 알려져 있다. Δt의 동작 기간은 필요한 시야 깊이(DoV)에 기초하여 결정된다. 단계(412)에서, 반사된 복사는 Δt의 기간 동안 수신기(110)에 의해 수신된다. 수신기(110)로부터 수신된 데이터는 수신된 이미지를 생성하기 위해 이미지 프로세서(114)(또는 외부 이미지 프로세서)에 의해 처리된다. 프로세스(400)는 각 프레임에서 N 회 반복될 수 있다. 일부 실시 예에서, N은 1 내지 10,000이다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이들 이미징 시스템 중 어느 하나는 각각의 PD에 대한 검출 신호를 제공하기 위하여, 집적 시간 이후에, Ge PD 각각에 의해 수집된 전하 축적을 판독하기 위한 판독 회로를 포함할 수 있음에 유의해야 한다. LIDAR 또는 다른 깊이 센서와 달리, 판독 프로세스는 집적 시간의 충격(concussion) 이후에 실행될 수 있으므로, 광범위한 거리의 신호 이후에 비가역적으로 합산된다.
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 복사 펄스에 의해 조명된 타겟의 이미지를 나타낸다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이미징 시스템은 타겟을 향해 광을 방출하기 이전에, 펄스 조명원의 광의 조명 균일성을 개선하도록 작동하는 적어도 하나의 회절 광학 요소(DOE)를 선택적으로 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 높은 피크 파워 펄스 광원(102)은 FOV의 상이한 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 필요하지 않으므로, 비용, 시스템 복잡성, 시스템 볼륨 등의 이유로 DOE 요소를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템에서, 전체 FOV가 충분한 조명(최소 요구 거리에서 타겟을 감지할 수 있는 임계값 이상)을 받는 한, FOV의 일부 영역이 FOV의 다른 부분보다 훨씬 더 많은 조명 밀도를 수신하는 여부는 중요하지 않다. 구현된다면, 시스템(100)의 DOE는 예를 들어 스페클 효과를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 또한 렌즈, 미러, 프리즘, 도파관 등과 같이, 광원(102)으로부터 FOV로 광을 지향시키기 위한 다른 유형의 광학 장치를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 컨트롤러(112)는 수신기(110)를 동작하여, 상이한 거리 범위에서 상이한 Ge PD의 검출 신호를 각각 나타내는 일련의 게이트된 이미지를 순차적으로 획득하도록 선택적으로 작동할 수 있고, 이미지 프로세서는 일련의 이미지를 단일 2 차원 이미지로 결합하도록 작동한다. 예를 들어, 제 1 이미지는 0-50m 사이의 빛을 획득할 수 있고, 제 2 이미지는 50-100m 사이의 빛을 획득할 수 있고, 제 3 이미지는 이미징 센서로부터 100-125m 사이의 빛을 획득할 수 있고, 이미지 프로세서(114)는 복수의 2D 이미지를 단일 2D 이미지로 결합할 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 거리 범위는 더 많은 광 펄스와 더 많은 계산을 사용하는 대신, 판독 회로에 의해 도입된 판독 노이즈보다 여전히 적은 축적된 암전류 노이즈으로 캡처된다. 최종 이미지의 각 픽셀에 대한 색상 값(예컨대, 그레이 스케일 값)은 게이트된 이미지의 각 픽셀의 함수(예를 들어, 모든 값의 최대 값 또는 가중 평균)로 결정될 수 있다.
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이미징 시스템은 50m 이상의 거리에서 20 %의 SWIR 반사율(관련 스펙트럼 범위에서)로 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, 태양 광 흡수 대역과 일치하도록 조명 파장을 선택할 수 있다(예컨대, 조명 파장은 1.3μm로부터 1.4μm 사이일 수 있다).
모든 이미징 시스템(100, 100' 및 100")을 참조하면, 이미지 생성에 사용되는 각 Ge PD에 의한 출력 신호는 각 PD에 대한 단일 스칼라를 나타낼 수 있다. 모든 이미징 시스템(100, 100', 100")을 참조하면, 각 PD는 광범위한 거리를 나타내는 축적된 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 수신기(110)의 Ge PD의 일부, 대부분 또는 전부는 20m, 40m 및 60m로부터 각각의 PD로 반사된 각각의 광을 나타내는 검출 신호를 출력할 수 있다.
다수의 공지된 기술 시스템에 비해 이미징 시스템(100, 100' 및 100")의 또 다른 차별화되는 특징은 펄스 조명이 (예를 들어, 사진 플래시 조명과 달리) 현장에서 물체의 빠른 움직임을 동결하는 데 사용되지 않고, 정적 장면에서도 동일하게 사용된다는 것이다. 많은 알려진 기술 시스템에 비해 이미징 시스템(100, 100' 및 100")의 또 다른 차별화되는 특징은 이미지의 게이팅이 일부 공지 기술에 대해 성가신(예컨대, 햇빛) 외부 노이즈과 비교할 때, 시스템의 내부 노이즈를 피하기 위해 사용되지 않다는 것이다.
시스템(100, 100' 및 100")과 관련하여 위에서 논의된 구성 요소, 특징, 작동 모드, 시스템 아키텍처 및 내부 관계 중 어느 하나가 아래에서 논의될 임의의 EO 시스템, 예를 들어 시스템(700, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2300 및 3600)에서 준용적으로 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라 EO 시스템의 FOV에서 대상물의 SWIR 이미지를 생성하기 위한 방법(500)을 예시하는 흐름도이다. 이전 도면에 대해 설명된 예를 참조하면, 방법(500)은 이미징 시스템(100, 100' 및 100") 중 어느 하나에 의해 실행될 수 있다. 방법(500)은 또한 아래에서 설명되는 임의의 능동형 이미징 시스템(예컨대, 시스템(700, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2300 및 3600))에 의해 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
방법(500)은 FOV를 향해 적어도 하나의 조명 펄스를 방출하는 단계(또는 "단계")(510)로 시작하여, SWIR 복사가 적어도 하나의 타겟으로부터 반사되도록한다. 이하, "단계" 및 "단계"는 상호 교환적으로 사용된다. 선택적으로, 하나 이상의 펄스는 높은 피크 전력 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)은 선택적으로 컨트롤러(112)에 의해 수행될 수 있다.
단계(520)는 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 복수의 Ge PD(수신기(110)에 대해 위에서 논의된 의미에서)를 포함하는 이미징 수신기에 의한 연속적인 신호 획득의 개시를 트리거링하는 단계를 포함한다. 단계(520)의 연속적인 신호 획득은 전하가 작은 증분이 아니라, 연속적으로 비가역적으로 수집됨을 의미한다(즉, 중간 시간에 수집된 전하 레벨을 알 수 없음). 단계(520)의 트리거링은 단계(510) 이전에(예를 들어, 검출 어레이가 램프 업 타임을 필요로 하는 경우) 실행될 수 있고, 단계(510)와 동시에 실행될 수 있고, 또는 단계(510)이 종료된 후에(예를 들어, 시스템으로부터 비제로 거리에서 검출을 시작하기 위해) 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(520)은 선택적으로 컨트롤러(112)에 의해 수행될 수 있다.
단계(530)는 단계(520)의 트리거링 후에 시작되고, 트리거링의 결과로서, 복수의 Ge PD 각각에 대해, SWIR 반사 복사의 충돌로부터 발생하는 전하, 50μA/cm²보다 큰 암전류, 집적 시간 종속 암전류 노이즈 및 집적 시간 독립 판독 노이즈를 수집하는 것을 포함한다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(530)는 수신기(110)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다.
단계(540)는 암전류 노이즈의 결과로 수집된 전하량이 집적-시간 독립적 판독 노이즈의 결과로 수집된 전하량보다 여전히 낮을 때, 전하 수집의 중단을 트리거링하는 것을 포함한다. 집적 시간은 단계(540)이 중단될 때까지 단계(530)의 지속 시간이다. 첨부 도면의 예를 참조하면, 단계(540)는 선택적으로 컨트롤러(112)에 의해 수행될 수 있다.
단계(560)는 단계(540)가 종료된 후에 실행되고, 복수의 Ge PD 각각에 의해 수집된 전하 레벨에 기초하여 FOV의 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 이미징 시스템(100, 100', 100")과 관련하여 전술한 바와 같이, 단계(560)에서 생성된 이미지는 깊이 정보가 없는 2D 이미지이다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(560)은 선택적으로 이미징 프로세서(114)에 의해 수행될 수 있다.
선택적으로, 단계(540)의 결과로서 수집의 중단 후에 선택적인 단계(550)가 뒤따르는데, 상기 단계(550)는 판독 회로에 의해 Ge PD 각각에 의해 수집된 전하량에 상관된 신호를 판독하고, 판독 신호를 증폭하고, 증폭된 신호(선택적으로 추가 처리 후)를 단계(560)에서 이미지의 생성을 수행하는 이미지 프로세서로 제공한다. 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 동일할 수 있음)에 의해 수행될 수 있다. 단계(550)는 Ge PS로부터 검출 결과를 판독하는 다른 적절한 방법이 구현될 수 있기 때문에, 선택적이라는 점에 유의해야 한다.
선택적으로, 복수의 Ge PD 중 각각에 의해 출력되는 신호는 20m로부터 반사된 광량, 40m로부터 반사된 광량 및 60m로부터 반사된 광량을 나타내는 스칼라이다.
선택적으로, 단계(560)의 생성 단계는 복수의 Ge PD 각각에 대해 판독된 스칼라 값에 기초하여 이미지를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 단계(510)의 방출 단계는 펄스 레이저 조명을 (하나 이상의 레이저에 의해) 적어도 하나의 회절 광학 요소(DOE)를 통해 통과시키고 회절된 광을 FOV로 방출함으로써, 펄스 레이저 조명의 조명 균일성을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 암전류는 Ge PD 당 50 피코암페어보다 크다. 선택적으로, Ge PD는 실리콘과 Ge를 각각 모두 포함하는 Si-Ge PD이다. 선택적으로, 방출은 적어도 하나의 능동 QS 레이저에 의해 수행된다. 선택적으로, 방출은 적어도 하나의 P-QS 레이저에 의해 수행된다. 선택적으로, 수집은 수신기가 30 ℃ 이상의 온도에서 작동할 때, 실행되고, FOV의 이미지를 처리하여 50m와 150m 사이의 복수의 범위에서 복수의 차량과 복수의 보행자를 감지한다. 선택적으로, 방출은 10 밀리줄과 100 밀리줄 사이의 펄스 에너지를 갖는 복수의 조명 펄스를, 눈을 손상시키지 않으면서 1m 미만의 거리에 있는 사람의 보호되지 않은 눈으로 방출하는 것을 포함한다.
능동형 이미징 시스템(100, 100' 및 100")에 대해 전술한 바와 같이, 여러 게이트 이미지가 단일 이미지로 결합될 수 있다. 선택적으로, 방법(500)은 방출, 트리거링, 수집 및 중단의 시퀀스를 여러 번 반복하는 단계; 모든 시퀀스에서 빛을 방출하는 것과는 다른 시간에 획득을 트리거링하는 것을 포함한다. 각각의 시퀀스에서, 방법(500)은 2m보다 더 넓은(예를 들어, 2.1m, 5m, 10m, 25m, 50m, 100m) 상이한 거리 범위에 대응하는 Ge PD 각각에 대한 검출 값을 수신기로부터 판독하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 단계(560)에서 이미지를 생성하는 것은 상이한 시퀀스에서 다른 Ge PD로부터 판독된 검출 값에 기초하여 단일 2 차원 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 단지 몇 개의 이미지만 촬영되기 때문에, 게이트된 이미지는 드물지 않음(즉, 전체 또는 대부분에서, 많은 픽셀에 대한 검출 값이 있음)에 유의해야 한다. 또한, 게이트된 이미지는 중첩되는 거리 범위를 가질 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 제 1 이미지는 거리 범위 0-60m를 나타낼 수 있고, 제 2 이미지는 거리 범위 50-100m를 나타낼 수 있고, 제 3 이미지는 거리 범위 90-120m를 나타낼 수 있다.
도 2 내지 도 11c는 SWIR 전자 광학(EO) 시스템 및 이러한 시스템에 사용될 수 있는 P-QS 레이저, 그리고 이러한 레이저의 작동 및 제조 방법을 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 SWIR 광학 시스템(700)의 예를 예시하는 개략적인 기능 블록도이다. 시스템(700)은 적어도 P-QS 레이저(600)를 포함하지만, 도 10에 도시된 바와 같이 다음과 같은 추가 구성 요소를 또한 포함할 수 있다.
a. 시스템(700)의 FOV로부터 반사된 광, 및 특히 외부 대상물(910)로부터 반사된 레이저(600)의 반사된 조명을 감지하도록 작동하는 센서(702). 다른 예를 참조하면, 센서(702)는 본 개시 내용에서 논의된 이미징 수신기, PDA 또는 광 검출 장치, 예를 들어 구성 요소(110, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2302 및 3610)로 구현될 수 있다.
b. 센서(702)의 감지 결과를 처리하도록 작동하는 프로세서(710). 처리의 출력은 FOV의 이미지, FOV의 깊이 모델, FOV의 하나 이상의 부분의 분광학 분석, FOV에서의 식별된 대상물의 정보, FOV에서의 조명 통계 또는 기타 임의 출력 유형일 수 있다. 다른 예들을 참조하면, 프로세서(710)는 프로세서(114, 1908, 2304 및 3620)와 같이, 본 개시 내용에서 논의된 프로세서 중 임의의 하나로 구현될 수 있다.
c. 레이저(600) 및/또는 프로세서(710)의 동작을 제어하도록 작동하는 컨트롤러(712). 예를 들어, 컨트롤러(712)는 프로세서(710) 및/또는 레이저(600)의 타이밍, 동기화 및 다른 동작 파라미터를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예를 참조하면, 컨트롤러(712)는 컨트롤러(112, 1338, 2314 및 3640)와 같이, 본 개시 내용에서 논의된 다른 컨트롤러들 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
선택적으로, 시스템(700)은 레이저의 파장에 민감한 SWIR PDA(706)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, SWIR 광학 시스템은 능동형 SWIR 카메라, SWIR 비행 시간(ToF)(time-of-flight) 센서, SWIR 광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 센서 등으로 기능할 수 있다. ToF 센서는 레이저의 파장에 민감할 수 있다. 선택적으로, PDA는 레이저(600)에 의해 방출되는 SWIR 주파수에 민감한 CMOS 기반 PDA일 수 있으며, 이는 이스라엘 텔아비브의 트리아이 리미티드(TriEye LTD.)에서 설계 및 제조한 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 대상물을 감지하는 등의 작업을 수행할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템은 레이저의 파장에 민감한 ToF SWIR 센서, 및 SWIR 광학 시스템의 시야에서 적어도 하나의 대상물까지의 거리를 검출하기 위하여 ToF SWIR 센서와 P-QS SWIR 레이저의 동작을 동기화하도록 작동하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(700)은 레이저(600) 또는 광 검출기 어레이(예를 들어, 초점면 어레이, FPA)와 같은 시스템의 다른 구성 요소의 동작의 하나 이상의 양태를 제어하도록 작동하는 컨트롤러(712)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 레이저의 일부 파라미터에는 타이밍, 지속 시간, 강도, 초점 조정 등이 포함된다. 반드시 그런 것은 아니지만, 컨트롤러는 PDA의 검출 결과(직접적으로, 또는 프로세서에 의한 처리에 기초하여)에 기초하여 레이저의 동작을 제어할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 레이저 펌프 또는 다른 유형의 광원을 제어하도록 작동하여, 레이저의 동작 파라미터에 영향을 미칠 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 펄스 반복률을 동적으로 변경하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 예를 들어, 시야의 특정 영역에서 신호 대 노이즈비(SNR)를 개선하기 위해 광 셰이핑(shaping) 광학 기기의 동적 수정을 제어하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 펄스 에너지 및/또는 지속 시간을 동적으로 변경하기 위해 조명 모듈을 제어하도록 작동할 수 있다(예컨대, 펌핑 레이저의 초점 변경 등과 같이, 다른 P-QS 레이저에 대해 가능한 동일한 방식으로).
추가 및 선택적으로, 시스템(700)은 일반적으로 레이저의 온도 또는 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 펌프 다이오드)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어(예를 들어, 수동 온도 제어, 능동 온도 제어)를 포함할 수 있다. 이러한 온도 제어는 예를 들어, 열전 냉각기(TEC), 팬, 방열판, 펌프 다이오드 아래의 저항 히터 등을 포함할 수 있다.
추가 및 선택적으로, 시스템(700)은 GM(602) 및 SA(604) 중 적어도 하나를 블리치(bleach)하는 데 사용되는 다른 레이저를 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(700)은 내부 감광성 검출기(예를 들어, PDA(706)와 같은 하나 이상의 PD)를 포함할 수 있는데, 이는 펄스가 레이저(600)(예를 들어, 전술한 바와 같이 PD(226))에 의해 생성되는 시간을 측정하도록 작동한다. 그러한 경우에, 컨트롤러(740)는 내부 감광 검출기(706)로부터 획득된 타이밍 정보에 기초하여 트리거링 신호를, 시스템(700)의 시야에서 대상물로부터의 레이저 광 반사를 검출하는 PDA(706)(또는 다른 유형의 카메라 또는 센서(702))로 발행하도록 작동할 수 있다.
앞서 언급한 스펙트럼 범위(1.3-1.5μm)에서 다량의 레이저를 필요로 하는 주요 산업은 광학 데이터 저장을 위한 전자 산업이며, 이는 다이오드 레이저 비용을, 장치 당, 와트 당 수 달러 이하로 낮추었다. 그러나, 이러한 레이저는 상당히 큰 피크 전력과 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 없음에 유의해야 한다. 그럼에도 불구하고, 본 개시 내용을 위해, SWIR 스펙트럼은 가시 스펙트럼보다 길고 적어도 1,300 내지 1,500nm 사이의 스펙트럼 범위를 포함하는 파장의 전자기 복사를 포함한다.
이러한 용도로 제한되지는 않지만, 하나 이상의 P-QS 레이저(600)는 이미징 시스템(100, 100' 및 100") 중 어느 하나의 조명원(102)으로서 사용될 수 있다. 레이저(600)는 광선레이더(lidar), 분광기, 통신 시스템 등과 같이 펄스 조명을 필요로 하는 SWIR 범위에서 작동하는 임의의 다른 EO 시스템에 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 주목해야 한다.
P-QS 레이저(600)는 적어도 하나의 결정질 이득 매질(602)(이하, 이득 매질은 "GM"이라고도 함), 결정질 SA(604), 및 전술한 결정질 물질이 구속/제한되는 광학 캐비티(606)을 포함하고, 이에 의해 이득 매질(602) 내에서 전파되는 광이 레이저 광 빔(612)(예를 들어, 도 8에 예시됨)을 생성하는 쪽으로 강화될 수 있게 한다. 광학 캐비티는 "광학 공진기" 및 "공진 캐비티"라는 용어로도 알려져 있으며, 그것은 고 반사율 미러(608)("고 반사기"라고도 함) 및 출력 커플러(610)를 포함한다. 아래에서는 상이한 유형의 결정질 물질의 몇 가지 독특하고 새로운 조합을 논의되는데, 이는 레이저 제조를 위한 다양한 제조 기술을 사용하여 SWIR 스펙트럼 범위에 대해 합리적인 가격의 레이저를 대량으로 제조할 수 있게 한다. P-QS 레이저와 관련하여 당 업계에 일반적으로 알려진 일반적인 세부 사항은 본 개시 내용의 간결함을 이유로 여기에서 제공되지 않지만, 다양한 자원으로부터 쉽게 이용 가능하다. 레이저의 포화 흡수체는 당 업계에 공지된 바와 같이, 레이저에 대한 Q-스위치 역할을 한다. 용어 "결정질 물질"은 광범위하게 단결정 형태 또는 다결정 형태인 임의의 재료를 폭넓게 포함한다.
연결된 결정질 이득 매질 및 결정질 SA의 치수는 특정 P-QS 레이저(600)가 설계되는 목적에 따라 달라질 수 있다. 비-제한적인 예에서, SA와 GM의 커플링된 길이는 5-15mm이다. 비-제한적인 예에서, SA와 GM의 커플링된 길이는 2-40mm이다. 비-제한적인 예에서, SA 및 GM 결합의 직경(예를 들어, 원형 실린더이거나 가상의 실린더 내에 국한된 경우)은 2-5mm 사이이다. 비-제한적인 예에서, SA와 GM 결합의 직경은 0.5-10mm 사이이다.
P-QS 레이저(600)는 SA 결정질 물질(SAC)에 견고하게 연결되는 이득 매질 결정질 물질(GMC)을 포함한다. 견고한 결합은 접착제, 확산 결합, 복합 결정 결합, 하나를 다른 것 위에 성장시키는 등과 같이, 당 업계에 공지된 방법 중 하나로 구현될 수 있다. 그러나, 아래에서 논의되는 바와 같이, 세라믹 형태의 결정질 물질을 견고하게 연결하는 것은 간단하고 저렴한 수단을 사용하여 달성될 수 있다. GMC 및 SAC 물질은 서로 직접적으로 견고하게 연결될 수 있지만, 선택적으로 중간 물체(예를 들어, 다른 결정)를 통해 서로 견고하게 연결될 수 있다. 일부 예에서, 이득 매질과 SA 모두는 단일 피스 결정질 물질의 다른 부분을 다른 도펀트로 도핑함으로써(예를 들어, SAC 물질 및 GMC 물질과 관련하여 아래에서 논의되는 것들 참조), 또는 단일 피스 결정질 물질을 공동 도핑하여, 동일한 부피의 결정질 물질을 2 개의 도펀트로 도핑함으로써(예컨대, N3+ 및 V3+로 공동 도핑된 세라믹 YAG), 단일 피스 결정질 물질 상에 구현될 수 있다. 선택적으로, 이득 매질은 단결정 포화 흡수 기판(예를 들어, 액상에피텍셜법(LPE)를 사용하여)에서 성장될 수 있다. 별도의 GMC 물질 및 SA 결정질 물질이 아래의 개시 내용에서 광범위하게 논의되고, 2 개의 도펀트로 도핑된 단일 피스의 세라믹 결정질 물질이 또한 필요에 따라 다음의 실시 예들 중 임의의 것에 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 7a, 7b 및 7c는 본 명세서에 개시된 발명에 따른 P-QS 레이저(600)의 예를 예시하는 개략적인 기능 블록도이다. 도 7a에서, 2 개의 도펀트는 공통 결정질 물질(614)의 2 개 부분(GM 및 SA로서 모두 작용함)에 구현되는 반면, 도 7b에서, 2 개의 도펀트는 공통 결정질 물질(614)의 공통 체적(도시된 경우-공통 결정 전체)에서 상호 교환적으로 구현된다. 선택적으로, GM 및 SA는 네오디뮴 및 적어도 하나의 다른 물질로 도핑된 단일 피스 결정질 물질에 구현될 수 있다. 선택적으로(예를 들어, 도 7c에 예시된 바와 같이), 출력 커플러(610) 및 고 반사율 미러(608) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 결정질 물질(예를 들어, GM 또는 SA, 또는 둘을 결합한 결정) 중 하나에 직접 접착될 수 있다.
SAC 및 GMC 중 적어도 하나는 세라믹 형태(예를 들어, 다결정 형태)의 관련 결정질 물질(예를 들어, 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷, YAG, 도핑된 바나듐)인 세라믹 결정질 물질이다. 세라믹 형태의 결정질 물질 중 하나 (및 특히 둘 다)를 사용하면, 더 많은 수와 더 낮은 비용으로 생산할 수 있다. 예를 들어, 느리고 제한된 공정으로 별개의 단결정질 물질을 성장시키는 대신, 다결정질 물질은 분말 소결(즉, 고체 덩어리를 형성하기 위해 분말을 압축하고 가열함), 저온 소결, 진공 소결 등으로 제조될 수 있다. 결정질 물질(SAC 또는 GMC) 중 하나는 다른 것 위에서 소결될 수 있으므로, 연마, 확산 접합 또는 표면 활성 접합과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 공정이 필요하지 않다. 선택적으로, GMC 및 SAC 중 적어도 하나는 다결정이다. 선택적으로, GMC와 SAC는 모두 다결정이다.
GMC 및 SAC가 제조될 수 있는 결정질 물질의 조합을 참조하면, 이러한 조합은 다음을 포함할 수 있다:
a. GMC는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Nd:YAG)이고, SAC는 (a) 세라믹 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 또는 (b) 세라믹 코발트 도핑된 결정질 물질이다. 선택적으로, 세라믹 코발트 도핑된 결정질 물질은 2가 세라믹 코발트 도핑된 결정질 물질일 수 있다. 이러한 대안에서, 앞서 언급한 그룹으로부터 선택된 Nd:YAG 및 SAC는 모두 세라믹 형태이다. 코발트 도핑된 결정질 물질은 코발트로 도핑된 결정질 물질이다. 예를 들면, 코발트 도핑된 스피넬(Co:Spinel 또는 Co2+:MgAl2, O4) 코발트 도핑된 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe), 코발트 도핑된 YAG(Co2+:YAG)가 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이 옵션에서 고 반사율 미러 및 SA는 선택적으로 이득 매질 및 SA에 견고하게 연결될 수 있고, 따라서 P-QS 레이저는 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저(예컨대, 도 8 및 10에 예시됨)가 된다.
b. GMC는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Nd:YAG)이고, SAC는 다음으로 구성된 도핑된 세라믹 물질 그룹으로부터 선택된 비세라믹 SAC이다: (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG)) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 물질. 선택적으로, 코발트 도핑된 결정질 물질은 2가 코발트 도핑된 결정질 물질일 수 있다. 이러한 경우, 고 반사율 미러(608) 및 출력 커플러(610)는 이득 매질 및 SA에 견고하게 연결되어, P-QS 레이저(600)는 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가된다.
c. GMC는 세라믹 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 물질이고, SAC는 다음으로 구성된 도핑된 결정질 물질 그룹으로부터 선택된 세라믹 결정질 물질이다: (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 물질. 선택적으로, 코발트 도핑된 결정질 물질은 2가 코발트 도핑된 결정질 물질일 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만,이 옵션에서 고 반사율 미러(608) 및 출력 커플러(610)는 선택적으로 이득 매질 및 SA에 견고하게 연결되어, P-QS 레이저(600)는 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 된다.
실시 예들 중 임의의 하나에서, 도핑된 결정질 물질은 하나 이상의 도펀트로 도핑될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, SAC는 위에 개시된 주된 도펀트 및 적어도 하나의 다른 도핑 물질(예를 들어, 상당히 적은 양으로)로 도핑될 수 있다. 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 물질은 단위 셀이 희토류 원소(15 개의 란탄 족 원소, 스칸듐 및 이트륨을 포함하여 15 개의 화학 원소로 구성된 잘 정의된 그룹 중 하나)를 포함하며, 단위 셀의 일부에서 희토류 원소를 대체하는 네오디뮴(예컨대, 3 배 이온화된 네오디뮴)으로 도핑된 결정질 물질이다. 본 개시 내용에서 사용될 수 있는 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 물질의 몇 가지 비-제한적인 예는 다음과 같다:
a. Nd:YAG(위에서 언급한 바와 같음), 네오디뮴 도핑된 텅스텐 산 이트륨 칼륨(Nd:KYW), 네오디뮴 도핑된 이트륨 리튬 플루오라이드(Nd:YLF), 네오디뮴 도핑된 이트륨 오르토바나데이트(YVO4), 이들 모두에서 희토류 원소는 네오디뮴, Nd;
b. 네오디뮴 도핑된 가돌리늄 오르토바나데이트(Nd:GdVO4), 네오디뮴 도핑된 가돌리늄 갈륨 가넷(Nd:GGG), 네오디뮴 도핑된 칼륨-가돌리늄 텅스텐 산(Nd:KGW), 이들 모두에서 희토류 원소는 가돌리늄, Gd;
c. 희토류 원소가 스칸듐인 네오디뮴 도핑된 란탄 스칸듐 보레이트(Nd:LSB);
d. 다른 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 물질이 사용될 수 있으며, 여기서 희토류 원소는 이트륨, 가돌리늄, 스칸듐 또는 기타 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 물질 그룹을 통해, 및/또는 관련 파장에 투명한 하나 이상의 다른 고체 물질을 통해 연결됨). 선택적으로, SAC와 GMC 중 하나 또는 둘 모두는 관련 파장에 투명하다.
선택적으로, SAC는 코발트 도핑된 스피넬(Co Co2+:MgAl2O4)일 수 있다. 선택적으로, SAC는 코발트 도핑된 YAG(Co:YAG)일 수 있다. 선택적으로, 이것은 동일한 YAG에서 코발트와 네오디뮴 Nd의 동시 도핑을 가능하게 할 수 있다. 선택적으로, SAC는 코발트 도핑된 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe)일 수 있다. 선택적으로, GMC는 세라믹 코발트 도핑된 결정질 물질일 수 있다.
선택적으로, SA의 초기 투과(transmission)(T□)은 75 %와 90 % 사이이다. 선택적으로, SA의 초기 투과는 78 %에서 82 % 사이이다.
레이저에 의해 방출되는 파장은 그 구조에 사용된 재료, 특히 GMC 및 SAC의 재료 및 도펀트에 따라 달라진다. 출력 파장의 몇 가지 예에는 1,300nm 내지 1,500nm 범위의 파장이 포함된다. 일부 더 구체적인 예는 1.32μm 또는 약 1.32μm(예컨대, 1.32μm±3nm), 1.34μm 또는 약 1.34μm(예컨대, 1.34μm±3nm), 1.44μm 또는 약 1.44μm(예컨대, 1.44μm±3nm)를 포함한다. 이러한 광 주파수 범위 중 하나 이상에 민감한 대응하는 이미저는 SWIR 광학 시스템(700)(예를 들어,도 10에 예시된 바와 같이)에 포함될 수 있다.
도 8 및 9는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 SWIR 광학 시스템(700)을 예시하는 개략적인 기능도이다. 이들 도면에서 예시된 바와 같이, 레이저(600)는 위에서 논의된 것들에 추가하여 다음과 같은 (그러나, 이에 제한되지 않는) 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.
a. 레이저를 위한 펌프 역할을 하는 플래시 램프(616) 또는 레이저 다이오드(618)와 같은 광원. 이전 예들을 참조하면, 광원은 펌프(124) 역할을 할 수 있다.
b. 광원(예컨대, 618)으로부터의 광을 레이저(600)의 광학 축에 포커싱하기 위한 포커싱 광학 장치(620)(예를 들어, 렌즈).
c. 레이저 빔(612)이 광학 캐비티(606)을 빠져 나간 후에, 레이저 빔(612)을 조작하기 위한 확산기 또는 다른 광학 장치(622).
선택적으로, SWIR 광학 시스템(700)은 FOV에서 눈 안전 문제를 개선하기 위해, 더 넓은 FOV에 걸쳐 레이저를 확산시키는 광학 장치(708)를 포함할 수 있다. 선택적으로, SWIR 광학 시스템(700)은 FOV로부터 반사된 레이저 광을 수집하고, 이를 센서(702)로, 예를 들어 광 검출기 어레이(PDA)(706)로 향하게 하는 광학 장치(704)를 포함할 수 있다(도 10 참조). 선택적으로, P-QS 레이저(600)는 다이오드 펌프 고체상 레이저(DPSSL)이다.
선택적으로, P-QS 레이저(600)는 적어도 하나의 다이오드 펌프 광원(872) 및 다이오드 펌프 광원의 광을 광학 공진기(광학 캐비티)로 포커싱하기 위한 광학 장치(620)를 포함한다. 선택적으로, 광원은 광축에 (엔드 펌프로서) 위치한다. 선택적으로, 광원은 고 반사율 미러(608) 또는 SA(604)에 견고하게 연결되어, 광원이 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저의 일부가 될 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 광학 장치를 포함한다. 광원(예를 들어, 레이저 펌프)에 의해 방출되는 파장은 레이저에 사용되는 결정질 물질 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 일부 nm를 포함한다.
레이저의 파워는 그것이 설계된 활용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 1W에서 5W 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 5W에서 15W 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 15W에서 50W 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 50W에서 200W 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 전력은 200W보다 높을 수 있다.
QS 레이저(600)는 펄스 레이저이고, 다른 주파수(반복률), 다른 펄스 에너지 및 다른 펄스 지속 시간을 가질 수 있으며, 이는 그것이 설계된 활용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 레이저의 반복률은 10Hz에서 50Hz 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 반복률은 50Hz에서 150Hz 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 0.1mJ와 1mJ 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 1mJ와 2mJ 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 2mJ와 5mJ 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 에너지는 5mJ보다 높을 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 지속 시간은 10ns와 100ns 사이일 수 있다. 예를 들어, 레이저의 펄스 지속 시간은 0.1μs와 100μs 사이일 수 있다. 예를 들어 레이저의 펄스 지속 시간은 100μs와 1ms 사이일 수 있다. 레이저의 크기는 예를 들어, 구성 요소의 크기에 따라 변경될 수도 있다. 예를 들어, 레이저 치수는 X₁x X₂x X₃일 수 있으며, 각각의 치수(X1, X₂및 X₃)는 10mm와 100mm 사이, 20와 200mm 사이 등이다. 출력 커플링 미러는 평평하거나 구부러지거나 약간 구부러질 수 있다.
선택적으로, 레이저(600)는 이득 매질의 흡수 영역에 열이 축적되는 것을 방지하기 위해, 이득 매질 및 SA에 추가하여 도핑되지 않은 YAG를 더 포함할 수 있다. 비도핑된 YAG는 선택적으로 이득 매질 및 SA를 둘러싸는 실린더(예를 들어, 동심 실린더)로 형상화될 수 있다.
도 11a는 본 명세서에 개시된 발명에 따른 방법(1100)의 예를 도시하는 흐름도이다. 방법(1100)은 위에서 논의된 P-QS 레이저(600)와 같지만 이에 제한되지 않는 P-QS 레이저용 부품을 제조하는 방법이다. 이전 도면과 관련하여 제시된 예를 참조하면, P-QS 레이저는 레이저(600)일 수 있다. 레이저(600) 또는 그 구성 요소에 대해 논의된 모든 변형은 그 부품이 방법(1100) 또는 그에 대응하는 구성 요소로 제조되며, 그 반대의 경우도 마찬가지인 P-QS 레이저에 대해서도 구현될 수 있다.
방법(1100)은 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 몰드에 삽입하는 단계(1102)로 시작하며, 이는 나중에 방법(1100)에서 처리되어 제 1 결정질 물질을 생성한다. 제 1 결정질 물질은 P-QS 레이저의 GM 또는 SA 역할을 한다. 일부 예에서, 레이저의 이득 매질이 먼저 만들어지고(예를 들어, 소결에 의해), SA가 나중에 이전에 만들어진 GM 위에 만들어진다(예를 들어, 소결에 의해). 다른 예에서는, 레이저의 SA가 먼저 만들어지고, GM은 나중에 이전에 만들어진 SA 위에 만들어진다. 또 다른 구현에서, SA와 GM은 서로 독립적으로 만들어지며, 단일 강체를 형성하도록 커플링된다. 커플링은 가열, 소결의 일부로 또는 나중에 수행될 수 있다.
방법(1100)의 단계(1104)는 적어도 하나의 제 1 분말과 다른 적어도 하나의 제 2 분말을 제 2 몰드에 삽입하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 제 2 분말은 나중에 방법(1100)에서 처리되어 제 2 결정질 물질을 생성한다. 제 2 결정질 물질은 P-QS 레이저의 GM 또는 SA 역할을 한다(SA와 GM 중 하나는 제 1 결정질 물질로부터 만들어지고, 다른 기능은 제 2 결정질 물질로 만들어진다).
제 2 몰드는 제 1 몰드와 상이할 수 있다. 대안적으로, 제 2 몰드는 제 1 몰드와 동일할 수 있다. 그러한 경우에, 적어도 하나의 제 2 분말은 예를 들어, 적어도 하나의 제 1 분말의 상부(또는 이미 만들어진 경우, 제 1 성형체의 상부), 그 옆, 그 주위 등에 삽입될 수 있다. (구현되는 경우) 적어도 하나의 제 1 분말의 동일한 몰드에 적어도 하나의 제 2 분말을 삽입하는 것은 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 성형체로 처리하기 전, 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 성형체로 처리한 후, 또는 때때로 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 성형체로 처리하는 동안, 실행될 수 있다.
제 1 분말 및/또는 제 2 분말은 분쇄된 YAG(또는 스피넬, MgAl2, O4, ZnSe와 같은 다른 전술한 재료 중 임의의 것) 및 도핑 재료(예를 들어, N3+, V3+, Co)를 포함할 수 있다. 제 1 분말 및/또는 제 2 분말은 YAG(또는 스피넬, MgAl2, O4, ZnSe와 같은 다른 전술한 재료 중 임의의 것) 및 도핑 재료(예컨대, N3+, V3+, Co)를 포함할 수 있다.
단계(1106)은 단계(1102) 이후에 실행되며, 제 1 성형체를 생성하기 위해 제 1 몰드에서 적어도 하나의 제 1 분말을 압축하는 단계를 포함한다. 단계(1104)는 단계(1108) 이후에 실행되며, 이는 제 2 몰드에서 적어도 하나의 제 2 분말을 압축하여, 제 2 성형체를 생성하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 분말 및 적어도 하나의 제 2 분말이 단계(1102 및 1104)에서 동일한 몰드에 삽입되는 경우, 단계(1106 및 1108)에서의 분말의 압축이 동시에 수행될 수 있지만(예컨대, 적어도 하나의 제 2 분말을 가압하고, 이어서 적어도 하나의 제 1 분말을 몰드에 대해 압축한다), 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 단계(1104)(및 따라서 단계(1108))는 단계(1106)의 압축 후에 선택적으로 실행될 수 있다.
단계(1110)는 제 1 결정질 물질을 생성하기 위해 제 1 성형체를 가열하는 것을 포함한다. 단계(1112)는 제 2 결정질 물질을 생성하기 위해 제 2 성형체를 가열하는 것을 포함한다. 다른 실시 예에서, 제 1 결정질의 가열은 단계들(1106 및 1110) 각각의 단계 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에 또는 이후에 실행될 수 있다.
선택적으로, 단계(1110)에서 제 1 성형체의 가열은 단계(1108)(및 가능하면 단계(1104))에서 적어도 하나의 제 2 분말의 압축에 앞서(및 제 2 분말의 삽입에 앞서) 수행된다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체는 개별적으로 가열될 수 있다(예를 들어, 상이한 시간 동안, 상이한 온도에서, 상이한 기간 동안). 제 1 성형체와 제 2 성형체는 가열 중에 서로 연결되거나 연결되지 않은 상태에서 함께(예를 들어, 동일한 오븐에서) 가열될 수 있다. 제 1 성형체 및 제 2 성형체는 부분적인 공동 가열을 공유할 수 있는 상이한 가열 방식으로 가열될 수 있는 반면, 가열 방식의 다른 부분에서 별도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 성형체 및 제 2 성형체 중 하나 또는 둘 모두는 다른 성형체와 별도로 가열될 수 있고, 이어서 2 개의 성형체가 함께 가열될 수 있다(예를 들어, 커플링 후, 반드시 그럴 필요가 없다). 선택적으로, 제 1 성형체의 가열 및 제 2 성형체의 가열은 단일 오븐에서 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 동시 가열을 포함한다. 선택적으로, 단계(1114)의 커플링은 단일 오븐에서 2 개의 성형체의 동시 가열의 결과임을 주목한다. 선택적으로, 단계(1114)의 커플링은 물리적으로 서로 연결된 후, 2 개의 성형체 모두를 공동 소결함으로써 수행된다.
단계(1116)는 제 2 결정질 물질을 제 1 결정질 물질에 커플링하는 것을 포함한다. 커플링은 P-QS 레이저(600)와 관련하여 위에서 논의된 몇 가지 비-제한적인 예인 당해 분야에 공지된 커플링의 임의의 방식으로 실행될 수 있다. 커플링은 여러 하위 단계를 가질 수 있으며, 그 중 일부는 상이한 실시 예에서 상이한 방식으로 단계(1106, 1108, 1110 및 1112) 중 상이한 단계와 밀접하게 관련된다. 커플링은 GM과 SA를 모두 포함하는 단일 강성 결정체를 생성한다.
방법(1100)은 결정의 제조(특히, 서로 커플링된 다결정질 재료의 세라믹 또는 비-세라믹 다결정 결정 화합물의 제조)에 사용되는 추가 단계를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 비-제한적인 예는 분말 제조, 바인더 번아웃, 치밀화, 어닐링, 연마(필요한 경우, 아래에서 논의됨) 등을 포함한다.
방법(1100)에서 P-QS 레이저의 GM(앞서 언급한 바와 같이, 제 1 결정질 물질 또는 제 2 결정질 물질일 수 있음)은 네오디뮴 도핑된 결정질 물질이다. 방법(1100)에서 P-QS 레이저의 SA(앞서 언급한 바와 같이, 제 1 결정질 물질 또는 제 2 결정질 물질일 수 있음)는 다음으로 구성된 결정질 물질 그룹으로부터 선택된다: (a) 네오디뮴 도핑된 결정질 물질 및 (b) 3가 바나듐 도핑 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 코발트 도핑 결정질 물질로 구성된 도핑 결정질 물질 그룹으로부터 선택된 도핑 결정질 물질. GM과 SA 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 물질이다. 선택적으로, GM과 SA는 모두 세라믹 결정질 물질이다. 선택적으로, GM과 SA 중 적어도 하나는 다결정질 물질이다. 선택적으로, GM과 SA는 모두 다결정질 물질이다.
제조 공정의 추가 단계가 방법(1100)의 상이한 단계들 사이에서 일어날 수 있지만, 특히 소결 공정에서 제 2 재료의 접합(bonding) 이전에 제 1 재료를 연마하는 것은 적어도 일부 예에서 필요하지 않다.
GMC 및 SAC가 방법(1100)에서 만들어 질 수 있는 결정질 물질의 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 물질이다. 이러한 대안에서, 앞서 언급한 그룹으로부터 선택된 Nd:YAG 및 SAC는 모두 세라믹 형태이다. 코발트 도핑된 결정질 물질은 코발트로 도핑된 결정질 물질이다. 예를 들면, 코발트 도핑 스피넬(Co:Spinel 또는 Co2+:MgAl2 O4), 코발트 도핑 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe)가 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 이 옵션의 고 반사율 미러 및 출력 커플러가 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결되어, P-QS 레이저는 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 된다.
b. GMC는 세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Nd:YAG)이고, SAC는 다음으로 구성된 도핑된 세라믹 물질 그룹으로부터 선택된 비세라믹 SAC이다: (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG)) 및 (b) 코발트 도핑 결정질 물질. 이 경우, 고 반사율 미러와 출력 커플러가 GM과 SA에 견고하게 연결되어, P-QS 레이저는 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 된다.
c. GMC는 세라믹 네오디뮴 도핑된 희토류 원소 결정질 물질이고, SAC는 다음으로 구성된 도핑된 결정질 물질 그룹으로부터 선택된 세라믹 결정질 물질이다: (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 물질. 반드시 그런 것은 아니지만, 이 옵션의 고 반사율 미러 및 출력 커플러가 선택적으로 GM 및 SA에 견고하게 연결되어, P-QS 레이저는 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 된다.
방법(1100) 전체를 참조하면, 선택적으로 SAC 및 GMC(및 선택적으로 하나 이상의 중간 연결 결정질 물질) 중 하나 또는 둘 모두가 관련 파장(예를 들어, SWIR 복사)에 투명하다는 것에 주목해야 한다.
도 11b 및 11c는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라, 방법(1100)의 실행을 위한 몇 가지 개념적 타임 라인을 포함한다. 도면을 단순화하기 위해, SA는 적어도 하나의 제 1 분말 처리의 결과이고, 이득 매질은 적어도 하나의 제 2 분말 처리의 결과라고 가정한다. 위에서 언급했듯이, 역할은 바뀔 수 있다.
도 12b는 PS(1200)의 예인 1200'으로 번호 매겨진 PS의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다. PS(1200')에서, 다른 구성 요소(1206)는 "3T"(3-트랜지스터) 구조의 형태이다. 임의의 다른 적절한 회로는 추가 구성 요소(1206)로서 기능할 수 있다.
전류원(1204)는 PD(1202)에 의해 생성된 암전류와 동일한 크기이지만 반대 방향의 전류를 제공하기 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 암전류를 상쇄(또는 적어도 그것을 감소)시킨다. 이는 PD(1202)가 높은 암전류를 특징으로 하는 경우 특히 유용하다. 이러한 방식으로, PD로부터 커패시턴스로 흐르는 전하(이는 앞서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 커패시터, PS의 기생 커패시턴스 또는 이들의 조합에 의해 제공될 수 있음) 및 암전류로 인한 전하는 상쇄될 수 있다. 특히, 크기가 암전류와 실질적으로 동일한 전류를 전류원(1204)에 의해 제공한다는 것은 제공된 전류가 PD(1202)에 충돌하는 검출된 광의 결과로서 PD(1202)에 의해 생성된 실제 전기 신호를 상쇄하지 않음을 의미한다.
도 13a는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 PDD(1300)를 도시한다. PDD(1300)는 생성된 암전류가 일정하지 않은 경우에도(시간에 따라 변함), 전류원(1204)에 의해 생성된 전류를 PD(1202)에 의해 생성된 암전류에 제어 가능하게 매칭할 수 있는 회로를 포함한다. PD(1202)에 의해 생성된 암전류의 레벨은 동작 온도 및 PD에 적용되는 바이어스와 같은 다른 파라미터에 의존할 수 있다는 점에 유의해야 한다(이는 또한 때때로 변경될 수 있음).
PDD(1300)에 의해 수행되는 바와 같이(아날로그 또는 디지털 신호 처리의 나중 단계가 아님), PS(1200) 내에서 암전류의 영향을 감소시키면, 커패시턴스를 포화시키거나 수집된 전하에 대한 반응의 선형성을 감소시키지 않으면서, 상대적으로 작은 커패시턴스를 활용할 수 있다.
PDD(1300)은 충돌하는 빛을 감지하기 위한 PS(1200), 및 PS(1200)에서 암전류의 영향을 줄이거나 제거하기 위해 추가 회로(아래에서 논의됨)에 의해 그 출력이 사용되는 레퍼런스 PS(1310)를 포함한다. PS(1200)(및 1200')와 유사하게, 레퍼런스 PS(1310)는 PD(1302), VCCS(1304) 및 선택적으로 추가 회로("다른 구성 요소", 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 구성 요소는 PS(1200)의 대응하는 구성 요소와 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 구성 요소는 PS(1200)의 구성 요소(예를 들어, PD, 전류원, 추가 회로)와 상이할 수 있다. PS(1200) 및 PS(1310)의 실질적으로 동일한 구성 요소(예를 들어, PD, 전류원, 추가 회로)가 다른 작동 조건에서 작동될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, PD(1202 및 1302)에 상이한 바이어스가 적용될 수 있다. 예를 들어, 추가 구성 요소(1206 및 1306)의 상이한 구성 요소는 그 구조가 실질적으로 동일할 때에도, 상이한 파라미터를 사용하여 작동되거나 선택적으로 연결/분리될 수 있다. 간결함과 명확성을 위해, PS(1310)의 구성 요소는 (PD에 대해) 1302, (VCCS에 대해) 1304 및 (추가 회로에 대해) 1306으로 번호 매겨져 있지만, 이는 그러한 구성 요소가 구성 요소(1202, 1204 및 1206)와 상이하다는 것을 의미하지 않는다.
일부 예들에서, 참조 추가 회로(1306)는 암전류의 결정에 영향을 주지 않도록, 생략되거나 분리될 수 있다. PD(1202)는 역방향 바이어스, 순방향 바이어스, 제로 바이어스 중 하나에서, 또는 임의의 2 개 또는 3 개의 상기 바이어스 사이에서 선택적으로 동작할 수 있다(예를 들어, 아래에서 논의되는 컨트롤러(1338)와 같은 컨트롤러에 의해 제어됨). PD(1302)는 역방향 바이어스, 순방향 바이어스, 제로 바이어스 중 하나에서, 또는 임의의 2 개 또는 3 개의 상기 바이어스 사이에서 선택적으로 동작할 수 있다(예를 들어, 아래에서 논의되는 컨트롤러(1338)와 같은 컨트롤러에 의해 제어됨). PD(1202 및 1302)는 실질적으로 동일한 바이어스(예를 들어, 약 -5V, 약 0V, 약 +0.7V) 하에서 동작할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다(예를 들어, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, PDD(1300)를 테스트할 때). 선택적으로, PDD(1300)의 단일 PS는 일부 시간에는 (PDD(1300)의 시야(FOV)로부터 빛을 검출하는) PS(1200)로 작동할 수 있는 반면, 다른 시간에는 PS(1310)(이것의 검출 신호 출력은 PDD의 다른 PS(1200)의 VCCS를 위한 제어 전압을 결정하는 데 사용됨)로 작동할 수 있다. 선택적으로, 충돌하는 빛을 감지하는 데 사용되는 "능동" PS와 레퍼런스 PS의 역할이 교환될 수 있다. PDD(1300)는 적어도 증폭기(1318) 및 PDD(1300)의 다중 PS에 대한 전기적 연결을 포함하는 제어 전압 생성 회로(1340)를 더 포함한다. 증폭기(1318)는 적어도 2 개의 입력, 즉 제 1 입력(1320) 및 제 2 입력(1322)을 갖는다. 증폭기(1318)의 제 1 입력(1320)에는 제 1 입력 전압(VFI)이 공급되는데, 이는 컨트롤러에 의해 직접 제어되거나(PDD(1300), 외부 시스템에 또는 이들의 조합에 구현됨), 시스템의 다른 전압으로부터 유래될 수 있다(이는 차례로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있음). 증폭기(1318)의 제 2 입력(1322)은 (레퍼런스 PS(1310)의) PD(1302)의 캐소드에 연결된다.
제 1 사용 예에서, PD(1202)는 제 1 전압("애노드 전압"이라고도 하며, VA로 표시됨)과 제 2 전압("캐소드 전압"이라고도 하며, VC로 표시됨) 사이에서 작동 바이어스로 유지된다. 애노드 전압은 컨트롤러에 의해 직접 제어되거나(PDD(1300), 외부 시스템 또는 이들의 조합으로 구현됨), 시스템의 다른 전압으로부터 유래될 수 있다(이는 차례로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있음). 캐소드 전압은 컨트롤러에 의해 직접 제어되거나(PDD(1300), 외부 시스템 또는 이들의 조합으로 구현됨), 시스템의 다른 전압으로부터 유래될 수 있다(이는 차례로 컨트롤러에 의해 제어될 수 있음). 애노드 전압(VA) 및 캐소드 전압(VC) 각각은 시간상 일정하게 유지되거나 유지되지 않을 수 있다. 예를 들어, 애노드 전압(VA)은 일정한 소스(예를 들어, 패드를 통해 외부 컨트롤러로부터)에 의해 제공될 수 있다. 캐소드 전압(VC)은 구현에 따라 실질적으로 일정하거나 시간에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, PS(1200)에 대해 3T 구조를 사용할 때, VC는 예를 들어, 추가 구성 요소(1206)의 작동 및/또는 PD(1202)로부터의 전류로 인해, 시간에 따라 변경된다. VC는 선택적으로 추가 구성 요소(1206)(레퍼런스 회로가 아님)에 의해 결정/제어/영향을 받을 수 있다.
VCCS(1204)는 PD(1202)에 의해 생성된 암전류에 대응하기 위해 PD(1202)의 캐소드 단부에 전류를 제공(공급)하는데 사용된다. 다른 시간에, VCCS(1204)는 (예를 들어, PDD(1300)를 보정 또는 테스트하기 위해) 다른 단부를 달성하기 위해 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 바와 같이) 증폭기(1318)의 출력 전압과 동일할 수 있다. 대안적으로, VCTRL은 증폭기(1318)의 출력 전압으로부터 유도될 수 있다(예를 들어, 증폭기(1318)의 출력과 VCCS(1204) 사이의 저항 또는 임피던스로 인해).
PS(1200)의 출력 신호에 대한 PD(1202)의 암전류의 영향을 상쇄(또는 적어도 감소)하기 위해, PDD(1300)는 PD(1202)가 받는 것과 실질적으로 동일한 바이어스를 PD(1302)가 받게 할 수 있다. 예를 들어, PD(1302)와 PD(1202)를 동일한 바이어스에 적용하는 것은 PD(1302)가 PD(1202)와 실질적으로 동일할 때 사용될 수 있다. 2 개의 PD(1202 및 1302)에 동일한 바이어스를 적용하는 한 가지 방법은 전압 VA를 PD(1302)의 양극에 적용하고(적용된 전압은 VRPA로 표시되고, RPA는 "레퍼런스 PD 양극"을 나타냄), PD(1302)의 음극에 전압 VC를 적용하는(적용된 전압은 VRPC로 표시되고, RPC는 "레퍼런스 PD 음극"을 나타냄) 것이다. 동일한 바이어스를 적용하는 또 다른 방법은 PD(1302)의 양극에 VRPA=VA+ΔV를 적용하고, PD(1302)의 음극에 VRPC=VC+ΔV를 적용하는 것이다. 선택적으로, 양극 전압 VA, 레퍼런스 양극 전압 VRPA 또는 둘 모두는 외부 소스(예를 들어, PDD(1300)이 연결된 인쇄 회로 기판(PCB)을 통해)에 의해 제공될 수 있다.
언급된 바와 같이, 증폭기(1318)의 제 1 입력(1320)에는 제 1 입력 전압(VFI)이 공급된다. 증폭기(1318)의 제 2 입력(1322)은 PD(1302)의 캐소드에 연결된다. 증폭기(1318)의 동작은 그것의 두 입력(1320 및 1322) 사이의 전압 차이를 감소시켜, 제 2 입력(1322)의 전압을, 제 1 입력(VFI)에 인가되는 동일한 제어 전압을 향하게 한다. 이제, 도 3b를 참조하면, PD(1302)를 통한 암전류(이하, DCReference로 표시됨)는 화살표(1352)로 표시된다(도시된 회로는 도 3a의 회로와 동일함). PD(1302)를 통한 전류는 PD(1202)가 그 시간 동안 엄둠 속에 유지되는 경우, PD(1202)의 암전류와 동일하다. PDD(1300)(또는 그것에 연결되거나 인접한 임의의 시스템 구성 요소)는 PD(1302)에 대한 빛을 차단할 수 있으므로, 어둠 속에 유지된다. 차단은 물리적 장벽(예컨대, 불투명 장벽), 광학 장치(예컨대, 우회(diverting) 렌즈), 전자 셔터 등에 의한 것일 수 있다. 아래 설명에서, PD(1302) 상의 모든 전류는 PD(1302)에 의해 생성된 암전류라고 가정한다. 대안적으로, PD(1302)가 빛을 받는 경우(예컨대, 시스템에서 알려진 미광의 낮은 레벨), 전류원은 알려진 광 발신 신호를 오프셋하도록 구현될 수 있거나, 또는 제 1 입력 전압(VFI)은 표유(stray) 조명을 (적어도 부분적으로) 보상하도록 수정될 수 있다. PD(1302)로부터 빛을 멀리 유지하도록 의도된 배리어, 광학 장치 또는 기타 전용 구성 요소는 웨이퍼 레벨(PDD(1300)이 만들어진 동일한 웨이퍼에서)에서 구현될 수 있고, 해당 웨이퍼에 연결될 수 있고(예컨대, 접착제를 사용하여), 웨이퍼가 설치된 케이싱에 견고하게 연결될 수 있다.
VFI가 일정하다고(또는 천천히 변한다고) 가정하면, VCCS(1304)(화살표 1354로 표시됨)의 출력은 PD(1302)의 암전류(DCReference)와 크기가 실질적으로 동일해야 하는데, 이는 VCCS(1304)가 PD(1302)의 암전류 소비를 위해 전하 캐리을 제공하여, 전압이 VFI로 유지될 수 있게 하는 것을 의미한다. VCCS(1304)의 출력은 증폭기(1318)의 출력에 응답하는 VCTRL에 의해 제어되기 때문에, 증폭기(1318)는 VCTRL이 PD(1302)를 통한 암전류와 크기가 동일한 VCCS(1304)에 의해 출력되는 전류를 제어할 수 있도록, 필요한 출력을 출력하도록 작동된다.
PD(1202)가 PD(1302)와 실질적으로 동일하고 VCCS(1204)가 VCCS(1304)와 실질적으로 동일하면, 증폭기(1318)의 출력은 또한 VCCS(1204)가 PD(1202)의 캐소드에 동일한 레벨의 전류(DCReference)를 제공하게 할 것이다. 이러한 경우, VCCS(1204)의 출력이 PD(1202)에 의해 생성된 암전류(이하, DCActivePD로 표시됨)를 상쇄하기 위해, PD(1202)와 PD(1302) 모두가 유사한 레벨의 암전류를 생성하는 것이 요구된다. 2 개의 PD(1202 및 1302)를 동일한 바이어스에 적용하기 위해(이는 2 개의 PD가 실질적으로 동일한 조건, 예컨대 온도로 유지되기 때문에, 2 개의 PD가 실질적으로 동일한 레벨의 암전류를 생성하게 함), 증폭기(1318)의 제 1 입력에 제공되는 전압은 PD(1202)의 애노드 전압 및 캐소드 전압, 및 PD(1302)의 애노드 전압에 응답하여 결정된다. 예를 들어, VA가 VRPA와 같으면, VC와 동일한 VFI가 제 1 입력(1320)에 제공될 수 있다. VC는 시간에 따라 변할 수 있고, 반드시 컨트롤러에 의해 결정되는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다(예를 들어, VC는 추가 구성 요소(1206)의 결과로 결정될 수 있다). PD(1202)가 PD(1302)와 다른 경우, 및/또는 VCCS(1204)가 VCCS(1304)와 다른 경우, 증폭기(1318)의 출력은 관련 제어 전압을 VCCS(1204)에 제공하도록, 증폭기(1318)와 VCCS(1204) 사이에 놓인 매칭 전기 구성 요소(미도시)에 의해 수정될 수 있다(예를 들어, PD(1202)를 통한 암전류가 PD(1302)를 통한 암전류와 선형 상관 관계가 있는 것으로 알려진 경우, 증폭기(1318)의 출력은 선형 상관 관계에 따라 수정될 수 있다. 동일한 바이어스를 적용하는 또 다른 방법은 PD(1302)의 양극에 VRPA=VA+ΔV를 적용하고, PD(1302)의 음극에 VRPC=VC+ΔV를 적용하는 것이다.
도 13c는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 복수의 PS(1200)를 포함하는 광 검출 장치(1300')를 도시한다. PDD(1300)'은 PDD(1300)의 모든 구성 요소와 추가 PS(1200)을 포함한다. PDD(1300)'의 다른 PS는 서로 실질적으로 동일하고(예를 들어, 모두 2 차원 PDA의 일부임), 따라서 상이한 PS(1200)의 PD(1302)는 서로 유사한 암전류를 생성한다. 따라서, 동일한 제어 전압 VCTRL이 PDD(1300')의 상이한 PS(1200)의 모든 VCCS(1204)에 공급되어, 이들 VCCS(1204)가 각각의 PD(1202)에 의해 생성된 암전류의 효과를 상쇄(또는 적어도 감소)시키게 한다. PDD(1300)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션이 PDD(1300')에 준용될 수 있다.
일부 경우(예를 들어, VC가 일정하지 않고, 및/또는 알려지지 않은 경우), PD(1202)에서와 같이 PD(1302)에 유사한 암전류를 발생시키도록 선택된 제 1 입력 전압 VFI를 (예컨대, 컨트롤러에 의해) 제공할 수 있다.
이제, 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 예시적인 PD I-V 곡선(1400)을 나타내는 도 14를 참조한다. 설명의 단순화를 위해, 곡선(1400)은 PD(1302) 및 PD(1202) 둘 다의 I-V 곡선을 나타내며, 이는 본 설명을 위해 실질적으로 동일할뿐만 아니라 동일한 양극 전압(즉, 이러한 설명을 위해, VA=VRPA)에 적용된다. I-V 곡선(1400)은 전압(1402 및 1404) 사이에서 비교적 평탄하며, 이는 관련 PD에 인가되는 1402와 1404 사이의 상이한 바이어스가 유사한 레벨의 암전류를 생성할 것임을 의미한다. 알려진 VA가 주어지면, PD(1202) 상의 바이어스가 전압 1402와 1404 사이에 제한됨을 의미하는 캐소드 전압 범위 내에서 VC가 변경되는 경우, PD(1302) 상의 바이어스가 전압 1402와 1404 사이에 있도록 하는 VRPC를 적용하면, PD(1202) 및 PD(1302)가 상이한 바이어스를 받더라도, VCCS(1204)가 DCActivePD와 충분히 유사한 전류를 출력하게 한다. 그러한 경우에, VRPC는 등가 전압(1414)에 의해 예시된 바와 같이, 캐소드 전압 범위 내에 있을 수 있거나, 등가 전압(1412)에 의해 예시된 바와 같이, 캐소드 전압 외부에 (그러나, PD(1302)에 대한 바이어스를 1402와 1404 사이에 여전히 유지하고 있음) 있을 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 다른 구성에 대한 수정 내지 변경이 준용적으로 구현될 수 있다. 다른 이유로 다른 PD(1202 및 1302)에도 상이한 바이어스가 적용될 수 있다. 예를 들어, PDA의 테스트 또는 보정의 일부로서, 상이한 바이어스가 적용될 수 있다.
실제 생활에서, 단일 PDD의 상이한 PS의 상이한 PD(또는 다른 구성 요소)는 정확히 동일하게 제조되지 않으며, 이러한 PS의 작동도 서로 정확하게 동일하지 않다. PD 어레이에서, PD는 서로 다소 상이할 수 있으며, 다소 상이한 암전류를 가질 수 있다(예컨대, 제조 차이, 온도의 약간의 차이 등으로 인해).
도 15는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라 복수의 레퍼런스 포토사이트(1310)(집합적으로 1500으로 표시됨)에 연결된 제어 전압 발생 회로(1340)를 도시한다. 도 15의 회로(레퍼런스 회로(1500)라고도 함)는 PDD(1300, 1300') 및 본 개시 내용에서 논의된 임의의 PDD 변형의 대응하는 하나 이상의 PS(1310) 중 하나 이상의 VCCS(1204)에 대한 제어 전압(VCTRL로 표시됨)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 레퍼런스 회로(1500)는 (예컨대, 제조 부정확성, 다소 상이한 작동 조건 등의 결과로서) 일부 변화하는 복수의 레퍼런스 PS(1310)로부터 수집된 데이터에 기초하여, PDD의 하나 이상의 PS(1200)에서 암전류의 영향을 상쇄(또는 제한)하기 위한 제어 전압을 결정하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급했듯이, PD의 암전류는 유사하더라도 서로 다를 수 있다. 일부 PD 기술에서, 동일하도록 의도된 PD는 x1.5, x2, x4 및 그 이상과 같이 몇배 만큼 상이한 암전류를 특징으로 할 수 있다. 여기에서 논의된 평균화 메커니즘은 그러한 상당한 차이(예를 들어, 제조에서)조차도 보상할 수 있게 한다. 증폭기(1318)가 여러 PS(1310)의 암전류 레벨을 평균화하기 위해 복수의 레퍼런스 PS(1310)에 연결되는 경우, 이러한 PS(1310)는 예를 들어, 위에서 논의된 임의의 메커니즘을 사용하여 어둠 속에 유지된다. 다양한 PS(1310)의 상이한 VCCS(1304)에 인가되는 전압은 단락되어, 모든 VCCS(1304)가 실질적으로 동일한 제어 전압을 수신한다. 상이한 레퍼런스 PD(1302)의 캐소드 전압은 상이한 네트(net)로 단락된다. 이러한 방식으로, 상이한 레퍼런스 PS(1310)의 전류가 서로 약간 다르지만(레퍼런스 PS(1310)가 서로 약간 다르기 때문에), 각각의 PDD의 하나 이상의 PS(1200)에 공급되는 평균 제어 전압(이것 또한 서로 다소 다를 수 있으며, 레퍼런스 PS(1310)와 상이할 수 있음)은 충분히 균일한 방식으로, 상이한 PS(1200)에 대한 암전류의 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 평탄한 I-V 응답을 갖고(예를 들어, 도 14와 관련하여 위에서 논의됨), 그에 의해 레퍼런스 회로(1500)와 관련하여 논의된 평균 제어 전압이 상이한 PS(1200)에서의 암전류를 아주 우수한 정도로 상쇄시킨다. (예를 들어, 출력 신호의 암전류의 영향을 감소시키기 위해) 다수의 능동 PS(1200)의 출력 신호를 수정하기 위해 평균 출력 신호가 사용되는 다수의 레퍼런스 PS(1310)를 포함하는 PDD의 비-제한적인 예가 도 16a 및 도 16b에 제공된다. 단일 PDD의 레퍼런스 PS(1310)와 능동 PS(1200) 사이에 상이한 구성, 기하학적 구조 및 수치 비율이 구현될 수 있다. 예를 들어, 행과 열로 배열된 복수의 PS를 포함하는 직사각형 광 검출 어레이에서, PS의 전체 행(예컨대, 1,000 PS) 또는 PS의 몇 행 또는 열이 복수의 레퍼런스 PS(1310)로 사용될 수 있고(그리고, 선택적으로 어둠 속에 유지됨), 나머지 어레이는 이들 레퍼런스 PS 행의 출력 평균화에 기초한 제어 신호를 수신한다. 이러한 제어 전류 생성 방법은 평균 암전류를 제거하고 PS-투-PS 변형만 남김으로써, 암전류의 영향을 크게 줄이다.
도 16a 및 16b는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라 복수의 PD에 기초한 레퍼런스 회로 및 PS 어레이를 포함하는 광 검출 장치를 도시한다. PDD(1600)(도 16a에 도시됨) 및 PDD(1600')(도 16b에 도시됨, PDD(1600)의 변형)은 PDD(1300)의 모든 구성 요소와 추가 PS(1200) 및 PS(1310)을 포함한다. PDD(1600)(및, 별도로 PDD(1600'))의 상이한 PS는 서로 실질적으로 동일하다. PDD(1300 및 1300') 및 회로(1500)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션이 PDD(1600 및 1600')에 준용될 수 있다.
도 16a는 복수의 PS(1200)(어레이)를 갖는 감광 영역(1602)(이는 광 검출기 장치(1600)의 작동 동안 외부 광에 노출됨), (적어도 레퍼런스 전류 측정 동안, 선택적으로 항상) 어둠 속에 유지되는 복수의 레퍼런스 PS(1310)를 갖는 영역(1604), 및 컨트롤러(1338)를 더 포함하는 제어 전압 생성 회로(1340)를 포함하는 광 검출기 장치(1600)를 도시한다. 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 PS(1200) 및/또는 PDD(1600)의 다른 구성 요소의 동작을 제어할 수도 있다. 컨트롤러(1338)는 동일한 작동 조건(예컨대, 바이어스, 노출 시간, 판독 체제 관리) 하에서 능동 PS(1200) 및 레퍼런스 PS(1310) 모두를 제어할 수 있다. 컨트롤러(1338)의 임의의 기능은 외부 컨트롤러(예를 들어, PDD가 설치된 EO 시스템의 다른 프로세서에서 구현되거나, PDD가 설치된 자율 주행 차량의 컨트롤러와 같은 보조 시스템에 의해 구현될 수 있음)에 의해 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(1338)는 PDD(1600)의 다른 구성 요소(예를 들어, PS(1200 및 1310), 증폭기(1318))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(1338)는 그러한 웨이퍼에 연결된 PCB상의 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 다른 적절한 컨트롤러도 컨트롤러(1338)로 구현될 수 있다.
도 16b는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 광 검출기 장치(1600')를 도시한다. 광 검출기 장치(1600')는 장치(1600)와 유사하지만, 구성 요소가 상이한 기하학적 구조로 배치되며, 상이한 PS의 내부 세부 사항을 도시하지 않는다. 또한, PS(1200)로부터 검출 신호를 판독하고, 추가 처리(예를 들어, 이미지 처리를 위한 노이즈 감소), 저장 또는 임의의 다른 용도를 위해 이들을 제공하는 데 사용되는 판독 회로(1610)가 도시되어 있다. 예를 들어, 판독 회로(1610)는 추가 처리, 저장 또는 임의의 다른 동작을 위해 제공하기 이전에, 상이한 PS(1200)의 판독 값을 순차적으로(아마도 도시되지 않은 PDD의 하나 이상의 프로세서에 의한 일부 처리 후에) 일시적으로 배열할 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(1610)는 PDD(1600)의 다른 구성 요소(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 PCB상의 하나 이상의 유닛으로 구현될 수 있다. 다른 적절한 판독 회로도 판독 회로(1610)로서 구현될 수 있다. 판독 회로(1610)와 같은 판독 회로는 본 개시 내용에서 논의된 임의의 광 검출 장치(예를 들어, PDD(1300), 1700, 1800 및 1900)에 구현될 수 있다. 신호의 선택적 디지털화 이전에, PDD에서(예를 들어, 판독 회로(1610) 또는 각각의 PDD의 하나 이상의 프로세서에 의해) 실행될 수 있는 아날로그 신호 처리에 대한 예에는 이득(증폭) 수정, 오프셋 및 비닝(binning, 2 개 이상의 PS로부터 출력 신호를 결합함)이 포함된다. 판독 데이터의 디지털화는 PDD 또는 그 외부에서 구현될 수 있다.
선택적으로, PDD(1600)(또는 본 개시 내용에 개시된 임의의 다른 PDD)는 증폭기(1318)의 출력 전압 및/또는 제어 전압(VCTRL)(상이하다면)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 위치할 수 있다. 적절한 샘플링 회로를 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에 예시적인 회로는 "샘플 및 홀드" 스위치를 포함할 수 있다. 선택적으로, 샘플링 회로는 일부 시간에만 사용될 수 있으며, 다른 시간에는 제어 전압의 직접적인 실시간 판독이 실행된다. 예를 들어, 시스템에서 암전류의 크기가 천천히 변할 때, PS(1310)가 시간의 일부에서만 빛으로부터 차폐될 때, 샘플링 회로를 사용하는 것이 유용할 수 있다.
도 17 및 18은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 추가적인 광 검출 장치를 도시한다. 위에서 설명한 광 검출 장치(예컨대, 1300, 1300', 1600, 1600')에서, 전압 제어 전류원은 능동 PS(1200) 및 레퍼런스 PS(1310) 모두를 위해 사용되었다. 전류원은 개시된 PDD에서 사용될 수 있는 전압 제어 전류 회로의 일 예이다. 사용될 수 있는 또 다른 유형의 전압 제어 전류 회로는 전압 제어 전류 싱크인데, 이는 거기에 공급되는 제어 전압에 의해 제어되는 크기의 전류를 흡수한다. 예를 들어, PD(1202, 1302)에 대한 바이어스가 위에서 예시된 바이어스와 반대 방향인 전류 싱크가 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 전압 제어 전류원이 위에서 논의될 때마다(1204, 1304), 이 구성 요소는 전압 제어 전류 싱크(각각 1704 및 1714로 표시됨)로 대체될 수 있다. 전류원 대신 전류 싱크를 사용하는 것은 각각의 PDD의 다른 부분에서 다른 유형의 구성 요소 또는 회로를 사용하는 것을 필요로 할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 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 전력, 크기 등에서 상이하다. VCCS 보다 전압 제어 전류 싱크를 포함하는 PS를 구별하기 위해, 참조 번호(1200' 및 1310')은 위에서 논의된 PS(1200 및 1300)에 대응하게 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) 대신 사용된다. 전류원와 관련하여 위에서 논의된 모든 변형은 전류 싱크에 동일하게 적용된다.
도 18에서, PDD(1800)는 전압 제어 전류 회로의 두 가지 유형, 즉 전압 제어 전류원(1204 및 1314)과 전압 제어 전류 싱크(1704 및 1714) 모두를, 매칭 증폭기(1318 및 1718)와 함께 포함한다. 이는 예를 들어, PDD(1800)의 PD를 순방향 또는 역방향 바이어스에서 작동할 수 있게 한다. 적어도 하나의 스위치(또는 다른 선택 메커니즘)는 VCCS에 기초한 것 또는 전압 제어 전류 싱크에 기초한 것이든, 어떤 레퍼런스 회로가 동작/비동작되는지를 선택하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 선택 메커니즘은 예를 들어, 서로 "반대하여" 작동하는(예를 들어, PD에 대해 거의 제로 바이어스에서 작동하는 경우) 2 개의 피드백 조정기가 작동하는 것을 방지하기 위해 구현될 수 있다. 이전에 논의된 임의의 PDD(예를 들어, 1300, 1300', 1600, 1600')와 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션, 설명 또는 변형이 PDD(1700 및 1800)에 준용될 수 있다. 특히, PDD(1700 및 1800)는 (예를 들어, 도 15, 16a 및 16b와 관련하여) 상기 논의와 유사한 복수의 PS(1200') 및/또는 복수의 레퍼런스 PS(1310')를 포함한다.
상기 논의된 임의의 광 검출 장치에서, 하나 이상의 PS(예를 들어, 광 검출 어레이)는 선택적으로 레퍼런스 PS(1310)로(예를 들어, 일부 시간에) 또는 일반 PS(1200)로(예컨대, 다른 시간에) 선택적으로 사용되도록 제어될 수 있음에 유의해야 한다. 이러한 PS는 두 가지 역할 모두에서 작동하는 데 필요한 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동일한 PDD가 다른 유형의 전자 광학 시스템에서 사용되는 경우에, 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템은 1,000과 4,000 사이의 레퍼런스 PS(1310)의 평균화 정확도를 요구할 수 있는 반면, 다른 시스템은 1과 1200 사이의 레퍼런스 PS(1310)의 평균화에 의해 달성될 수 있는 더 낮은 정확도를 요구할 수 있다. 다른 예에서, PS 중 일부(또는 전부)에 기초한 제어 전압의 평균화는 전체 PDA가 어두워지고 위에서 설명한대로 샘플-앤-홀드 회로에 저장될 때 실행될 수 있으며, 모든 PS는 하나 이상의 후속 프레임에서 결정된 제어 전압을 사용하여 FOV 데이터를 검출하는 데 사용될 수 있다.
상기 논의에서, 단순함을 위해, 각각의 PDA상의 모든 PD의 애노드 측이 알려진(및 가능하게 제어되는) 전압에 커플링되고, VCCS와 추가 회로의 연결 뿐만 아니라 검출 신호가 캐소드 측에 구현되었다고 가정되었음에 유의해야 한다. 선택적으로, PD(1202 및 1302)는 필요에 따라 반대 방향(판독이 애노드 측에 있는 경우 등)으로 연결될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
위에서 논의된 모든 PDD(예컨대, 1300, 1600, 1700, 1800)를 참조하면, PS, 판독 회로, 레퍼런스 회로 및 기타 전술한 구성 요소(뿐만 아니라 필요할 수 있는 임의의 추가 구성 요소)는 단일 웨이퍼 또는 하나 이상의 웨이퍼, 하나 이상의 PCB 또는 PS에 연결된 다른 적절한 유형의 회로 등에서 구현될 수 있다.
도 19는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 PDD(1900)를 도시한다. PDD(1900)는 전술한 PDD 중 임의의 하나 이상으로부터 특징들의 임의의 조합을 구현할 수 있으며, 추가 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, PDD(1900)은 다음 구성 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
a. PDD(1900)의 FOV에 광을 방출하도록 작동하는 적어도 하나의 광원(1902). 광원(1902)의 일부 광은 FOV의 물체로부터 반사되고, (광 검출기 장치(1900)의 작동 중에 외부 광에 노출되는) 감광 영역(1602)에서 PS(1200)에 의해 캡처되고, 이미지 또는 물체의 다른 모델을 생성하는 데 사용된다. 임의의 적절한 유형의 광원이 사용될 수 있다(예컨대, 펄스형, 연속형, 변조형, LED, 레이저). 선택적으로, 광원(1902)의 동작은 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(1338))에 의해 제어될 수 있다.
b. 검출기 어레이의 영역(1604)을 어둠 속에 유지하기 위한 물리적 장벽(1904). 물리적 장벽(1904)은 검출기 어레이의 일부이거나 그 외부에 있을 수 있다. 물리적 장벽(1904)은 고정되거나 움직일 수 있다(예를 들어, 움직이는 셔터). 다른 유형의 다크닝(darkening) 메커니즘도 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 선택적으로, 물리적 장벽(1904)(또는 다른 다크닝 메커니즘)은 다른 시간에 검출 어레이의 다른 부분을 어둡게 할 수 있다. 선택적으로, 변경 가능한 경우, 장벽(1904)의 동작은 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(1338))에 의해 제어될 수 있다.
c. 무시된 포토사이트(1906). PDA의 모든 PS가 검출(PS(1200)) 또는 레퍼런스(PS(1310))로 반드시 사용되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 PS는 완전히 어둡지 않고 완전히 밝지 않은 영역에 상주할 수 있으므로, 이미지 생성(또는 PS(1200)의 검출 신호에 응답하여 생성된 다른 유형의 출력)에서 무시된다. 선택적으로, PDD(1900)에 의해 상이한 PS가 상이한 시간에 무기될 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 장치로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(1908)에 의한 처리 결과는 다음 중 임의의 하나 이상에 제공될 수 있다: 유형 메모리 모듈(1910)(저장 또는 이후 검색용, 다음번 참조용), 외부 시스템(예컨대, 원격 서버 또는 PDD(1900)가 설치된 차량의 차량용 컴퓨터), 예를 들어, 통신 모듈(1912)을 통해 이미지 또는 다른 유형의 결과(예컨대, 그래프, 분광기의 텍스트 결과)를 표시하는 디스플레이(1914), 다른 유형의 출력 인터페이스(예컨대, 스피커, 미도시) 등. 선택적으로, PS(1310)로부터의 신호는 예를 들어, PDD(1900)의 상태(예를 들어, 작동성, 온도)를 평가하기 위해 프로세서(1908)에 의해 또한 처리될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
e. 능동 PS 또는 판독 회로(1610)에 의해 출력된 검출 신호(예를 들어, 상이한 경우) 및 검출 신호를 처리함으로써 프로세서(1908)에 의해 생성된 검출 정보 중 적어도 하나를 저장하기 위한 메모리 모듈(1910).
f. 전원(1916)(예컨대, 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터). 전원은 PS, 증폭기 또는 PDD의 다른 구성 요소에 전력을 제공할 수 있다.
g. 하드 케이싱(1918)(또는 다른 유형의 구조적 지지대).
h. 광원(1902)(구현된 경우)의 광을 FOV로 지향하고, 및/또는 FOV로부터의 광을 능동 PS(1200)로 지향시키기 위한 광학 장치(1920). 이러한 광학 장치는 예를 들어, 렌즈, 미러(고정형 또는 이동형), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전술한 PDD는 PDD의 작동 조건의 차이를 설명하기 위해, 적어도 하나의 제 1 전압 제어 전류 회로(VCCC)(1204)에 의해 제공되는 전류의 레벨을 결정하는 제어 전압을 매칭하는데 사용될 수 있고, 이는 적어도 하나의 PD(1202)에 의해 생성된 암전류의 레벨을 변경한다. 예를 들어, 복수의 PS(1200) 및 복수의 PS(1320)를 포함하는 PDD의 경우: PDD가 제 1 온도에서 작동할 때, 제어 전압 생성 회로(1340)는 능동 PS(1200)의 출력에 대한 능동 PD(1202)의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 복수의 레퍼런스 PD(1302)의 암전류에 응답하여, 제 1 레벨에서 전류를 제공하기 위한 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고; PDD가 (제 1 온도보다 높은) 제 2 온도에서 작동할 때, 제어 전압 생성 회로(1340)는 능동 PS(1200)의 출력에 대한 능동 PD(1202)의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 복수의 레퍼런스 PD(1302)의 암전류에 응답하여, 제 2 레벨에서 전류를 제공하기 위한 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고, 이에 의해 제 2 레벨이 제 1 레벨보다 크기가 더 크다.
도 20은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라 광 검출기에서 암전류를 보상하기 위한 방법(2000)의 흐름도이다. 방법(2000)은 적어도 다음을 포함하는 PDD에서 실행된다: (a) 각각이 적어도 하나의 능동 PD를 포함하는 복수의 능동 PS; (b) 레퍼런스 PD를 포함하는 적어도 하나의 레퍼런스 PS; (c) 하나 이상의 능동 PD에 연결된 적어도 하나의 제 1 VCCC; (d) 하나 이상의 레퍼런스 PD에 연결된 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC; 및 (e) 능동 VCCC 및 레퍼런스 VCCC에 연결된 제어 전압 생성 회로. 예를 들어, 방법(2000)은 PDD(1300', 1600, 1600', 1700 및 1800)(후자 2 개는 복수의 능동 PS를 포함하는 구현 예임)에서 실행될 수 있다. 방법(2000)은 전술한 다양한 PDD의 임의의 구성 요소와 관련하여 위에서 논의된 임의의 동작 또는 기능을 실행하는 것을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
방법(2000)은 적어도 단계(단계들)(2010 및 1020)을 포함한다. 단계(2010)는 적어도 하나의 레퍼런스 PD에서의 암전류의 레벨(또는 레벨들)에 기초하여 제어 신호를 생성하게 하는 단계를 포함하여, 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC에 제공될 때, 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC가 레퍼런스 PS의 출력에 대한 레퍼런스 PD의 암전류의 영향을 감소시키는 전류를 생성하게 한다. 단계(2020)는 제어 전압을 적어도 하나의 제 1 VCCC에 제공함으로써, 적어도 하나의 제 1 VCCC가 복수의 능동 PS의 출력에 대한 능동 PD의 암전류의 영향을 감소시키는 전류를 생성하게 하는 것을 포함한다. VCCC는 "전압 제어 전류 회로"의 약자이며, 전압 제어 전류원 또는 전압 제어 전류 싱크로 구현된다.
선택적으로, 단계(2010)는 제어 전압 생성 회로의 일부인 증폭기를 사용하여 구현된다. 그러한 경우, 단계(2010)는 증폭기의 제 2 입력이 레퍼런스 PD와 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에 전기적으로 연결될 때, 제 1 입력 전압을 증폭기의 제 1 입력에 공급하는 것을 포함한다. 증폭기는 레퍼런스 전압 제어 회로의 출력과 제 1 입력 전압 사이의 차이를 지속적으로 감소시킴으로써, 제어 전압을 생성하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 제 1 VCCC 및 레퍼런스 VCCC는 모두 증폭기의 출력에 연결된다.
PDD가 상이한 레벨의 암전류를 생성하는 복수의 상이한 레퍼런스 PD를 포함하는 경우, 단계(2010)는 레퍼런스 PD의 상이한 암전류의 평균화에 기초하여 단일 제어 전압을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
방법(2000)은 PDD의 시야로부터의 광이 레퍼런스 PD에 도달하는 것을 방지하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 물리적 장벽 또는 우회 광학 장치를 사용하여).
방법(2000)은 암전류의 영향을 감소시킨 후 능동 PS의 출력을 샘플링하고, 샘플링된 출력에 기초하여 이미지를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
도 21은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라 광 검출 장치에서 암전류를 보상하기 위한 방법(1020)을 예시하는 흐름도이다. 방법(1020)은 상이한 온도 영역에서 실행되는 2 개의 단계를 가지고 있다. 즉, PDD가 제 1 온도(T1)에서 작동할 때, 제 1 단계 그룹(1110-1116)이 실행되고, PDD가 제 1 온도보다 높은 제 2 온도(T2)에서 작동할 때, 제 2 단계 그룹(1120-1126)이 실행된다. 제 1 온도 및 제 2 온도의 차이는 방법(1200)의 상이한 구현 또는 상이한 경우에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 온도 차이는 적어도 5 ℃; 적어도 10 ℃; 적어도 20 ℃; 40 ℃; 적어도 100 ℃ 등일 수 있다. 특히, 방법(1020)은 더 작은 온도 차이(예를 들어, 1 ℃ 미만)에서 효과적일 수 있다. 제 1 온도 및 제 2 온도 각각은 온도 범위(예를 들어, 0.1 ℃; 1 ℃; 5 ℃ 이상 범위)로 구현될 수 있음에 유의해야 한다. 제 2 온도 범위의 모든 온도는 제 1 온도 범위의 온도보다 높다(예컨대, 앞에서 언급한 범위에 의해). 방법(2000)은 위에서 논의된 임의의 PDD(1300, 1600 등)에서 선택적으로 실행될 수 있다. 방법(1020)은 전술한 다양한 PDD의 임의의 구성 요소와 관련하여 위에서 논의된 임의의 동작 또는 기능을 실행하는 것을 포함할 수 있으며, 방법(1020)의 PDD는 전술한 PDD의 임의의 하나 이상의 구성 요소와 관련하여 위에서 논의된 구성 요소의 하나 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
PDD가 제 1 온도(제 1 온도 범위일 수 있음)에서 작동할 때 수행되는 단계를 참조하면, 단계(2110)는 PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제 1 제어 전압을 결정하는 것을 포함한다. 단계(2112)는 PDD의 능동 PS의 적어도 하나의 능동 PD에 커플링된 제 1 VCCC에 제 1 제어 전압을 제공하여, 제 1 VCCC가 능동 PS에 제 1 암전류 카운터링 전류를 부과하게 하는 것을 포함한다. 단계(2114)는 (a) PDD의 시야에 있는 물체에서 발생하는 능동 PD의 광 충돌 및 (b) 능동 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 능동 PD에 의해 제 1 검출 전류를 생성하는 것을 포함한다. 단계(2116)는 제 1 검출 전류 및 제 1 암전류 카운터링 전류에 응답하여, 크기가 제 1 검출 전류보다 작은 제 1 검출 신호를 능동 PS에 의해 출력하여, 제 1 검출 신호에 대한 암전류의 효과를 보상하는 것을 포함한다. 방법(1020)은 또한 PDD의 복수의 PS(및 선택적으로 이들 모두)로부터의 복수의 제 1 검출 신호에 기초하여, PDD의 FOV의 적어도 하나의 제 1 이미지를 생성하는 선택적인 단계(2118)를 포함할 수 있다. 단계(2118)는 PDD가 제 1 온도에 있을 때, 또는 이후 단계에 있을 때, 실행될 수 있다.
PDD가 제 2 온도(제 2 온도 범위일 수 있음)에서 작동할 때 수행되는 단계를 참조하면, 단계(2120)는 PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제 2 제어 전압을 결정하는 것을 포함한다. 단계(2122)는 제 2 제어 전압을 제 1 VCCC에 제공하여, 제 1 VCCC가 능동 PS에 제 2 암전류 카운터링 전류를 부과하게 하는 것을 포함한다. 단계(2124)는 (a) 물체에서 발생하는 능동 PD의 광 충돌 및 (b) 능동 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 능동 PD에 의해 제 2 검출 전류를 생성하는 것을 포함한다. 단계(2126)는 제 2 검출 전류 및 제 2 암전류 카운터링 전류에 응답하여 크기가 제 2 검출 전류보다 작은 제 2 검출 신호를 능동 PS에 의해 출력하여, 제 2 검출 신호에 대한 암전류의 효과를 보상하는 것을 포함한다. 제 2 암전류 카운터링 전류의 크기는 제 1 암전류 카운터링 전류의 크기보다 크고, 1보다 큰 비율로 될 수 있다. 예를 들어, 비율은 적어도 2 배 또는 상당히 높을 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3- 또는 그 이상-크기). 방법(1020)은 또한 PDD의 복수의 PS(및 선택적으로 이들 모두)로부터의 복수의 제 2 검출 신호에 기초하여, PDD의 FOV의 적어도 하나의 제 2 이미지를 생성하는 선택적인 단계(2128)를 포함할 수 있다. 단계(2128)는 PDD가 제 2 온도에 있을 때 또는 이후 단계에 있을 때, 실행될 수 있다.
선택적으로, 제 1 암전류 카운터링 전류가 생성되는 제 1 시간(t1) 동안 능동 PD에 충돌하는 물체로부터의 제 1 복사 레벨(L1)은 제 2 암전류 카운터링 전류가 생성되는 제 2 시간(t2) 동안 능동 PD에 충돌하는 물체로부터의 제 2 복사 레벨(L2)과 실질적으로 동일하고, 여기서 제 2 검출 신호의 크기는 제 1 검출 신호의 크기와 실질적으로 동일하다. 선택적으로, 본 개시 내용에 따른 PDD는 특정 작동 온도에서 PD에 의해 생성한 암전류의 레벨보다 상당히 낮은 신호 레벨을 검출하는 데 사용될 수 있음에 유의해야 한다(예를 들어, 1, 2 또는 그 이상의 크기). 따라서, 방법(1020)은 2 개의 상이한 온도에서 유사한 레벨의 출력 신호를 발행하는데 사용될 수 있으며, 여기서 암전류는 검출 신호보다 2 배 이상 크고 서로 상당히 상이하다(예를 들어, ×2, ×10).
선택적으로, 제 1 제어 전압의 결정 및 제 2 제어 전압의 결정은 레퍼런스 PD와 (레퍼런스 PD에 커플링된) 레퍼런스 전압 제어 전류 사이에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 제어 전압 생성 회로에 의해 실행된다.
선택적으로, 방법(1020)은 능동 PD상의 바이어스에 대응하여 레벨이 결정되는 제 1 입력 전압을 증폭기의 다른 입력에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(1020)은 레퍼런스 PD상의 바이어스가 능동 PD상의 바이어스와 실질적으로 동일하도록, 제 1 입력 전압을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(1020)은 PDD의 복수의 레퍼런스 PD의 상이한 암전류에 기초하여 제 1 제어 전압 및 제 2 제어 전압을 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 제어 전압을 제공하는 것은 동일한 제 1 제어 전압을, 상이한 암전류를 갖는 PDD의 복수의 능동 PD 중 적어도 하나의 능동 PD에 각각 결합되는 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로에 제공하는 것을 포함하고, 제 2 제어 전압을 제공하는 것은 복수의 능동 PD가 아직 상이한 암전류를 가질 때, 동일한 제 2 제어 전압을 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로에 제공하는 것을 포함한다.
선택적으로, 상이한 능동 PD는 동시에 상이한 레벨의 암전류를 생성하고, 동시에 상이한 레퍼런스 PD는 상이한 레벨의 암전류를 생성하고, 제어 전압 생성 회로는 제 2 PD의 상이한 암전류의 평균화에 기초하여, 동일한 제어 전압을 상이한 능동 PD에 제공한다. 선택적으로, 방법(1020)은 전용 광학 장치를 사용하여 시야로부터의 광을 PDD의 복수의 능동 PS로 향하게 하고, 시야로부터의 광이 PDD의 복수의 레퍼런스 PD에 도달하는 것을 방지하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
도 22는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 광 검출 장치를 테스트하기 위한 방법(2200)을 예시하는 흐름도이다. 예를 들어, 테스트는 앞서 언급한 PDD 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다. 즉, 암전류의 영향을 줄이는 데 유용하다고 위에서 설명한 동일한 회로와 아키텍처를 추가로 사용하여, 다른 PS의 감지 경로를 실시간으로 테스트할 수 있다. 선택적으로, PDD가 작동 모드(즉, 테스트 모드가 아님)에 있는 동안, 테스트를 수행할 수 있다. 일부 예에서, 일부 PS는 FOV의 주변 광에 노출되는 동안, 심지어 동일한 PDD의 다른 PS가 FOV의 실제 이미지를 캡처할 때(암전류에 대한 보상이 있든 없든), 테스트될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 방법(2200)은 또한 다른 유형의 PDD에서 선택적으로 구현될 수 있다는 것이 주목된다. 또한, 방법(2200)은 전술한 PDD와 관련하여 위에서 논의된 것과 유사한 회로 또는 아키텍처를 사용하여 선택적으로 구현될 수 있지만, PD가 높은 암전류를 특징으로 하지 않고 암전류의 감소가 필요하거 수행되지 않을 때 구현될 수 있다. 방법(2200)은 단일 PS에 적용되는 것으로 설명되지만, PDD의 일부 또는 모든 PS에 적용될 수 있다.
방법(2200)의 단계(2210)는 제어 전압 생성 회로의 증폭기의 제 1 입력에 제 1 전압을 제공하는 단계를 포함하며, 증폭기의 제 2 입력은 레퍼런스 PD, 및 증폭기의 출력 전압에 따라 제어되는 레벨로 전류를 공급하는 제 2 전류 회로에 커플링되고; 이에 의해 증폭기가 PDD의 PS의 제 1 전류 회로에 대한 제 1 제어 전압을 생성하게 한다. 앞선 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 증폭기는 증폭기(1318) 또는 증폭기(1718)일 수 있고, PS는 PS(1310) 또는 PS(1310')일 수 있다. 제 1 입력에 제공될 수 있는 제 1 전압의 예는 아래에서 논의된다.
방법(2200)의 단계(2220)는 제 1 전류 회로에 의해 생성된 전류 및 PS의 PD에 의해 생성된 전류에 응답하여, PS에 의해 생성된 PS의 제 1 출력 신호를 판독하는 것을 포함한다.
방법(2200)의 단계(2230)는 제 1 입력과 다른 제 2 전압을 증폭기의 제 1 입력에 제공하여, 증폭기가 제 1 전류 회로에 대한 제 2 제어 전압을 생성하게 하는 단계를 포함한다. 제공될 수 있는 이러한 제 2 전압의 예는 아래에서 논의된다.
방법(2200)의 단계(2240)는 제 1 전류 회로에 의해 생성된 전류 및 PS의 PD에 의해 생성된 전류에 응답하여, PS에 의해 생성된 PS의 제 2 출력 신호를 판독하는 것을 포함한다.
방법(2200)의 단계(2250)는 제 1 출력 신호 및 제 2 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 검출 경로는 PS 및 PS와 관련된 판독 회로를 포함한다. 제 1 전압 및 제 2 전압의 상이한 조합을 사용하는 동안 어떤 유형의 결함이 검출될 수 있는지의 예는 아래에서 논의된다.
제 1 예는 PS를 포화시키려고 시도하기 위해 제 1 전압 및 제 2 전압 중 적어도 하나의 전압을 사용하는 것을 포함한다(예를 들어, 실제 검출 레벨에 상관 ㅇ없이, VCCS에 의해 PS의 커패시턴스에 매우 높은 전류를 제공함으로써). PS를 포화시키지 못한 경우(예컨대, 흰색이 아닌(아마도 완전히 검은색 또는 중간색) 검출 신호 수신)는 관련 PS 또는 판독 경로의 추가 구성 요소(예컨대, PS 증폭기, 샘플러, 아날로그-디지털 변환기)에서의 문제점을 나타낸다. 이러한 경우, 제 1 전압(예를 들어)은 증폭기가 제어 전압을 생성하여, 제 1 전류 회로가 PS를 포화시키도록 한다. 그러한 경우에, 단계(2250)에서 결함 상태를 결정하는 것은 제 1 출력 신호가 포화되지 않다는 결정에 응답하여, 그 PS의 검출 경로가 오작동하고 있다고 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우의 제 2 전압은 PS의 포화를 유발하지 않는 전압일 수 있다(예를 들어, VCCS가 전류를 발생시키지 않고 암전류만 보상하여, 전류가 커패시턴스에 의해 수집되는 것을 방지함). PS 검출 경로가 포화될 수 있는지 여부에 대한 테스트는 실시간으로 구현될 수 있다.
PDD를 테스트하기 위해 하나 이상의 PS를 포화시키려고 시도할 때, 방법(2200)은 PS가 PDD의 제 1 검출 프레임 동안 주변 광에 노출되는 동안 제 1 출력 신호를 판독하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 오작동 상태의 결정은 제 1 프레임보다 빠른 제 2 검출 프레임에서 포화된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여, 검출 경로가 작동한다고 미리 결정한 후에 실행된다. 예를 들어, PDD의 진행중인 작업 동안(예컨대, 비디오 캡처 중), PS는 동일한 작업 동안 이전 시간에 성공한 후, 포화 시도가 실패하면, 결함이 있거나 사용 불가능한 것으로 결정될 수 있다. 테스트는 비디오의 일부가 아닌 테스트 프레임에서 실행되거나 포화 출력이 무시되는 개별 PS에 대해 실행될 수 있다(예컨대, 이러한 PS에 해당하는 픽셀 색상은 테스트되는 프레임의 인접 픽셀로부터 완성될 수 있고, 이들 PS를 이 프레임의 기간 동안 사용 불가능한 것으로 취급함).
제 2 예는 PS를 고갈시키려고 시도하기 위해 제 1 전압 및 제 2 전압 중 적어도 하나의 전압을 사용하는 것을 포함한다(예를 들어, 실제 검출 레벨에 상관 없이, VCCS에 의해 PS의 커패시턴스에 매우 높은 반대 전류를 제공함으로써). PS를 고갈시키지 못하는 경우(예컨대, 검정색이 아닌(아마도 완전히 흰색 또는 중간 색조) 검출 신호 수신)는 관련 PS 또는 판독 경로의 추가 구성 요소에 문제가 있음을 나타낸다. 그러한 경우, 제 2 전압(예를 들어)은 증폭기가 제 2 제어 전압을 생성하게 하여, 제 1 전류 회로가 PS에 충돌하는 시야 광으로부터 초래하는 검출 신호를 고갈시키게 한다. 이러한 경우, 단계(2250)에서 결함 상태를 결정하는 것은 제 2 출력 신호가 고갈되지 않았다는 결정에 응답하여, 검출 경로가 오작동하고 있다고 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우의 제 1 전압은 PS의 포화를 유발하지 않는 전압일 수 있다(예컨대, VCCS가 전류를 발생시키지 않고 암전류만 보상하여, 커패시턴스를 포화시키도록 함). PS 검출 경로가 고갈될 수 있는지 여부에 대한 테스트는 실시간으로 구현할 수 있다(예컨대, 각각의 PS를 어둡게 하지 않으면서).
PDD를 테스트하기 위해 하나 이상의 PS를 고갈시키려고 시도할 때, 방법(2200)은 PS가 PDD의 제 3 검출 프레임 동안 주변 광에 노출되는 동안 제 2 출력 신호를 판독하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 오작동 상태의 결정은 제 3 프레임보다 빠른 제 4 감지 프레임에서 고갈된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여, 검출 경로가 작동한다고 미리 결정한 후에 실행된다.
다중 제어 전압의 인가를 사용하여 PS를 테스트하는 방법(2200)을 사용하는 또 다른 예는 2 개 이상의 전압을 인가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 3 개 이상의 상이한 전압이 상이한 시간에(예를 들어, 상이한 프레임에서) 증폭기의 제 1 입력에 제공될 수 있다. 이러한 경우, 단계(2250)는 제 1 출력 신호, 제 2 출력 신호 및 증폭기의 제 1 입력에 인가되는 제 3 또는 그 이상의 전압에 대응하는 적어도 하나의 다른 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3 개, 4 개 또는 그 이상의 다른 전압이 다른 시간에(예를 들어, 모든 전압이 이전 전압보다 큰 경우 단조롭게), 증폭기의 제 1 입력에 인가될 수 있으며, 상이한 전압에 대응하는 동일한 PS의 출력 신호는 인가된 전압에 대응하게 하도록, 테스트될 수 있다(예를 들어, 출력 신호는 또한 크기가 단조롭게 증가한다).
PDD의 일부(또는 그것의 전부)를 테스트하기 위해 방법(2200)을 사용하는 예는 각각의 PS의 증폭기에 제공되는 적어도 2 개의 상이한 전압에 응답하는 적어도 2 개의 출력 신호를 PDD의 복수의 PS 중 각각으로부터 판독하고, 적어도 하나의 제 1 검출 경로에 대해 각각의 제 1 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 PS에 의해 출력된 적어도 2 개의 출력 신호에 기초하여 작동 상태를 결정하고, 적어도 하나의 제 2 검출 경로에 대해 각각의 제 2 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 다른 PS에 의해 출력된 적어도 2 개의 출력 신호에 기초하여 오작동 상태를 결정하는 것을 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, 블랙 타겟, 화이트 타겟)과 조합하여 실행될 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.
선택적으로, 단계(2250)는 검출 경로의 작동 상태를 결정하는 것으로 대체될 수 있다. 이는 예를 들어, PDD의 상이한 PS를 동일한 레벨로 보정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, PDD가 어두워지고 전용 타겟 또는 전용 조명이 없는 경우, 동일한 전압이 상이한 PS의 VCCS에 인가될 수 있다. 상이한 PS의 상이한 출력 신호는 (증폭기의 제 1 입력에 인가되는 하나 이상의 상이한 전압에서) 서로 비교될 수 있다. 비교에 기초하여, 보정 값이 상이한 PS 검출 경로에 할당되어, 유사한 조명 레벨에 대해 유사한 출력 신호를 제공할 수 있다(이는 다른 PS의 VCCS에 의해 포함된 전류에 의해 시뮬레이션됨). 예를 들어, PS B에 대해 보정된 출력 신호를 출력하려면, PS A의 출력에 1.1을 곱해야 한다고 결정할 수 있다. 예를 들어, PS D에 대해 보정된 출력 신호를 출력하려면, PS C의 출력에 델타 신호(ΔS)를 더해야 한다고 결정할 수 있다. 비선형 보정도 구현될 수 있다.
도 23은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 EO 시스템(2300)을 예시한다. EO 시스템(2300)은 적어도 하나의 PDA(2302), 및 PDA의 PS(2306)로부터의 검출 신호를 처리하도록 작동하는 적어도 하나의 프로세서(2304)를 포함한다. EO 시스템(2300)은 카메라, 분광기, LIDAR 등과 같이, 검출을 위해 PDA를 사용하는 임의의 유형의 EO 시스템일 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(2304)는 적어도 하나의 PDA(2302)의 PS(2306)에 의해 출력된 검출 신호에 대해 작동하고 처리하도록 구성된다. 이러한 처리는 예를 들어, 신호 처리, 이미지 처리, 분광 분석 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)에 의한 처리 결과는 다음 중 어느 하나 이상으로 제공될 수 있다: 유형 메모리 모듈(2308)(저장 또는 추후 검색용), 외부 시스템(예컨대, 원격 서버, 또는 EO 시스템(2300)이 설치된 차량의 차량 컴퓨터), 예를 들어, 통신 모듈(2310)을 통해, 이미지 또는 다른 유형의 결과(예컨대, 그래프, 분광기의 텍스트 결과)를 표시하기 위한 디스플레이(2312), 다른 유형의 출력 인터페이스(예컨대, 스피커, 미도시) 등.
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 의한 상이한 프레임의 캡처를 위해 사용되는 프레임 노출 시간을 설정(또는 변경)하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)에 의한 광 검출 신호의 처리 결과는 컨트롤러(2314)의 동작을 수정하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(2314) 및 프로세서(2304)는 단일 처리 유닛으로 구현될 수 있다.
EO 시스템(2300)은 EO 시스템(2300)의 시야(FOV)에 광을 방출하도록 작동하는 적어도 하나의 광원(2316)을 포함할 수 있다. 광원(2316)의 빛의 일부는 FOV의 물체로부터 반사되고, PSs(2306)(EO 시스템(2300)의 프레임 노출 시간 동안 외부 광에 노출되는 감광 영역에 위치하는 적어도 그러한 PS)에 의해 캡처된다. FOV의 물체로부터 도착하는 빛(광원 빛의 반사, 다른 광원의 반사 또는 방사된 빛이든)의 검출은 물체의 이미지 또는 다른 모델(예컨대, 3 차원 깊이 맵)을 생성하는 데 사용된다. 임의의 적절한 유형의 광원이 사용될 수 있다(예컨대, 펄스형, 연속형, 변조형, LED, 레이저). 선택적으로, 광원(2316)의 동작은 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 이들을 프로세서(2304)에 제공하기 전에, 전기 검출 신호를 처리할 수 있다. 이러한 전처리는 예를 들어, 증폭, 샘플링, 가중치, 노이즈 제거, 보정, 디지털화, 캡핑, 레벨 조정, 암전류 보상 등을 포함할 수 있다.
또한, EO 시스템(2300)은 다음의 선택적 구성 요소 중 임의의 하나 이상(이에 제한되지 않음)과 같은 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.
a. PS(2306) 또는 판독 회로(2318)에 의해 출력된 검출 신호(예를 들어, 다른 경우), 및 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 구성 요소에 전력을 제공할 수 있다.
c. 하드 케이싱(2322)(또는 다른 유형의 구조적 지지대).
d. 광원(2316)(구현된 경우)의 광을 FOV로 지향시키고, 및/또는 FOV로부터 PDA(2300)로 광을 지향시키기 위한 광학 장치(2324). 이러한 광학 장치는 예를 들어, 렌즈, 미러(고정 또는 이동 가능), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다.
선택적으로, PDA(2302)는 상대적으로 높은 암전류를 특징으로 할 수 있다(예를 들어, PD의 유형 및 특성의 결과로서). 높은 레벨의 암전류로 인해 검출 전하가 수집되는 개별 PS(2306)의 커패시턴스는 암전류에 의해 (부분적으로 또는 완전히) 포화되어, (FOV로부터 도달하는) 주변 광 검출를 위한 동적 범위가 거의 또는 전혀 남지 않을 수 있다). 판독 회로(2318) 또는 프로세서(2304)(또는 시스템(2300)의 임의의 다른 구성 요소)가 (예를 들어, 검출 데이터를 정규화하기 위해) 검출 신호로부터 암전류 레벨을 빼더라도, 검출을 위한 동적 범위의 부족은 각각의 PS(2306)의 결과적인 검출 신호가 과도하게 포화되어, 주변 광 레벨을 의미있게 검출하기에 불충분하다. 각 PS(2306)의 PD로부터의 암전류가 프레임 노출 시간(FET)의 전체 지속 시간 동안 커패시턴스(실제 커패시터 또는 PS의 다른 구성 요소의 기생 또는 잔류 커패시턴스이든지)에 축적되기 때문에, 상이한 캐패시턴스를 갖는 상이한 PS(2306)는 다른 FET에서 사용할 수 없게 될 수 있다.
도 24는 본 명세서에 개시된 발명에 따라 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 방법(2400)의 예를 예시한다. 이전 도면과 관련하여 제시된 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 구성 요소는 EO 시스템(2300)의 대응하는 구성 요소일 수 있다. 방법(2400)은 PDA가 그것의 PD로부터 전하를 수집하는 동안 프레임 FET(FET)를 변경하는 것을 포함한다. 이러한 수집된 전하는 PD에 충돌하는 빛에 대한 광전 반응 및 PD의 암전류와 같은 검출 시스템 내의 고유 소스로부터 발생할 수 있다. 예를 들어, 카메라의 시야(FOV) 또는 PDA가 설치된 다른 EO 시스템으로부터 충돌하는 빛이 도달할 수 있다. FET는 전기적으로, 기계적으로, 플래시 조명 지속 시간 등을 제어함으로써, 또는 이들의 임의의 조합으로 제어될 수 있다.
FET는 PDA가 PDA의 PS에서 광전 활동으로부터 발생하는 전하를 수집하는 동안의 복수의 별개의 지속 시간의 합인 전체 FET일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 전체 FET는 상이한 개별 기간 동안 수집된 전하가 합산되어 단일 출력 신호를 제공하는 경우에 사용된다. 이러한 전체 FET는 예를 들어, 펄스 조명 또는 짧은 시간 동안 수집이 보류되는 능동 조명과 함께 사용될 수 있다(예를 들어, FOV에서 밝은 반사에 의해 포화되는 것을 방지하기 위해). 선택적으로, 일부 프레임에서는 단일 FET가 사용될 수 있는 반면, 다른 프레임에서는 전체 FET가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
방법(2400)의 단계(2402)는 제 1 프레임 정보를 수신하는 것을 포함한다. 제 1 프레임 정보는 -PDA의 복수의 PS 중 각각에 대해- 제 1 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 1 프레임 검출 레벨을 포함한다. 제 1 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, 프레임에 대해 관심 영역(ROI)이 정의될 수 있는데, 이는 데이터가 단지 프레임의 일부로부터 수집될 것임을 나타낸다.
프레임 정보는 PS 각각에 대한 검출 레벨(또는 레벨들)(예컨대, 0과 1024 사이, 3 개의 RGB 값, 각각 0과 255 사이 등), 스칼라, 벡터 또는 기타 형식과 같은 임의의 형식으로 제공될 수 있다. 선택적으로, (제 1 프레임 또는 이후 프레임에 대한) 프레임 정보는 선택적으로 간접적인 방식으로 검출 신호를 나타낼 수 있다(예를 들어, 주어진 PS의 검출 레벨에 관한 정보가 주변 PS의 레벨과 관련하여, 또는 이전 프레임에서의 동일한 PS의 레벨과 관련하여 제공될 수 있음). 프레임 정보는 또한 추가 정보(예를 들어, 일련 번호, 타임 스탬프, 작동 조건)를 포함할 수 있으며, 이들 중 일부는 방법(2400)의 다음 단계에서 사용될 수 있다. 제 1 프레임 정보(또는 방법(2400)의 이후 단계에서 수신된 이후 프레임에 대한 프레임 정보)는 PDA로부터 직접적으로, 또는 하나 이상의 중간 유닛(예를 들어, 중간 프로세서, 메모리 유닛, 데이터 집계기 등)으로부터 수신될 수 있다. 제 1 프레임 정보(또는 방법(2400)의 이후 단계에서 수신된 이후 프레임에 대한 프레임 정보)는 각각의 PS에 의해 획득된 원시 데이터를 포함할 수 있지만, 또한 전처리된 데이터(예를 들어, 가중치, 노이즈 제거, 보정, 디지털화, 캡핑, 레벨 조정 등의 이후)를 포함할 수 있다.
단계(2404)는 제 1 FET에 기초하여 PDD의 복수의 PS 중 적어도 2 가지 유형의 PS를 식별하는 것을 포함한다:
a. PDA의 PS의 적어도 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하는 제 1 프레임에 대한 사용 가능한 PS 그룹("사용 가능한 PS의 제 1 그룹"이라고 함).
b. PDA의 PS 중 적어도 제 4 PS를 포함하는 제 1 프레임에 대한 사용 불가능한 PS 그룹("사용 불가능한 PS의 제 1 그룹"이라고 함).
단계(2404)의 식별은 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 복수의 PS 각각을 전술한 적어도 2 개의 그룹 중 하나에 속하는 것으로 식별(명시적으로 또는 암시적으로)하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 선택적으로, PDA의 각 PS(또는 ROI의 모든 PS와 같이 이전에 결정된 하위 그룹)는 제 1 프레임(사용 가능한 PS의 제 1 그룹 또는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹)에 대해 2 개의 복수 중 하나에 할당될 수 있다. 그러나, 반드시 그런 것은 아니며, PS 중 일부는 일부 프레임에 대해 할당되지 않거나 다른 복수에 할당될 수 있다(예컨대, 각각의 제 1 프레임의 FET 이외의 파라미터, 예컨대 수집된 데이터에 기초하여 복수의 PS의 사용 가능성이 결정될 것이다). 선택적으로, 단계(2404)의 식별은 제 1 복수의 PS 중 하나에 적합한 PS를 결정하고, PDA의 나머지 PS(또는 ROI와 같은 미리 결정된 하위 그룹)를 둘 중 다른 복수의 PS에 속하는 것으로 자동으로 간주하는 것을 포함할 수 있다.
단계(2404)(및 단계(2412 및 2402))의 식별은 각각의 PS의 실제 사용 가능 상태를 반영할 필요가 없다는 점에 유의해야 한다(또한, 일부 예에서는 이러한 실제 사용 가능 상태를 반영한다). 예를 들어, 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹에 포함된 PS는 실제로 제 1 프레임의 조건에서 사용 가능한 반면, 사용 가능한 PS의 제 1 그룹에 포함된 다른 PS는 실제로 제 1 프레임의 조건에서 사용할 수 없을 수 있다. 단계(2404)의 식별은 PDA의 PS의 사용 가능성에 대한 추정 또는 평가이며, 각 PS의 테스트가 아니다. PS의 사용 가능성은 또한 다른 팩터에 기초하여 단계(2404)에서 추정될 수 있음을 주목한다. 예를 들어, 결함있는 PS의 기존 목록은 이러한 PS가 사용 가능한 것으로 간주되는 것을 배제하기 위해 사용될 수 있다.
단계(2404)(및 단계(2412 및 2420))의 식별은 복합 FET에 기초하여 사용 불가능한 PS 그룹 중 적어도 하나(및/또는 사용 가능한 PS 그룹 중 적어도 하나)를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복합 FET는 PDD의 샘플링 PS가 빛에 민감한 기간과, 샘플링 PS가 빛에 민감하지 않은 기간 사이의 중간 시간을 제외하는 기간의 합계를 포함한다.
단계(2404, 2412 및/또는 2420)에서의, 사용 가능 PS 그룹과 사용 불가능한 PS 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 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, 다크 프레임에서 또는 FOV를 이미지화하지 않는 어두운 PS에서 암전류 레벨을 평가함으로써). 방법(2400)은 이후 프레임에 대해 사용 가능한 PS 그룹 및 사용 불가능한 PS 그룹을 식별하기 위해 온도 평가를 사용하는 것을 포함할 수 있는데, 이는 각각의 이미지의 생성에 영향을 미친다. 온도 평가는 암전류가 관련 FET의 지속 시간 동안 주어진 PS의 동적 범위를 얼마나 빨리 포화시킬 것인지를 평가하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 온도 평가는 PS의 사용 가능성 모델(예를 들어, 방법(2500)에서 생성된 모델)을 활용하기 위한 파라미터로 사용될 수 있다.
단계(2402)의 실행 타이밍과 관련하여 단계(2404)의 실행 타이밍은 변할 수 있다. 예를 들어, 단계(2404)는 단계(2402)가 실행되기 이전, 동시에, 부분적으로 동시에 또는 이후에 선택적으로 실행될 수 있다. 첨부 도면의 예를 참조하면, 단계(2404)는 프로세서(2304) 및/또는 컨트롤러(2314)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 단계(2404)의 식별을 실행하기 위한 방법의 예는 방법(1100)과 관련하여 논의된다.
단계(2406)는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성하는 단계를 포함한다. 제 1 이미지의 생성은 임의의 적절한 방법을 사용하여 구현될 수 있고, 선택적으로 추가 정보(예를 들어, 능동 조명 유닛으로부터 수신된 데이터, 사용되는 경우 습도 센서와 같은 추가 센서로부터의 데이터)에 기초할 수 있다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 단계(2406)은 프로세서(2304)에 의해 선택적으로 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 상기 생성 단계는 신호를 처리하는 다른 단계(예를 들어, 가중, 노이즈 제거, 보정, 디지털화, 캡핑, 레벨 조정 등)를 포함할 수 있다.
사용 불가능한 PS의 제 1 그룹과 관련하여, 이러한 PS에 의한 검출 데이터가 제 1 이미지의 생성에서 폐기되기 때문에, (필요하다면) 임의의 적절한 방식으로 대체값이 계산될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 대체값은 예를 들어, 주변 PS의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여, 또는 동일한 PS(예를 들어, 이전 프레임에서 사용 가능한 경우) 또는 하나 이상의 주변 PS 중 하나의 이전 프레임의 이전 검출 레벨에 기초하여(예컨대, 장면의 운동학적 분석에 기초하여), 계산될 수 있다. 예를 들어, 위엔너(Wiener) 필터, 로컬 평균 알고리즘, 비-로컬 평균 알고리즘 등이 사용될 수 있다. PDA 데이터에 기초한 이미지 생성을 참조하면, 선택적으로 이러한 이미지(예컨대, 제 1 이미지, 제 2 이미지 및 제 3 이미지) 중 임의의 하나 이상의 생성은 각각의 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 식별된 적어도 하나의 다른 주변 PS의 검출 레벨에 기초하여 각각의 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 비-이진 사용 가능성 평가가 사용되는 경우(단계(2404, 2412 및/또는 2420)에서의 식별은 적어도 하나의 PS를 부분 사용 가능성이 있는 PS의 제 3 그룹에 속하는 것으로 식별하는 것이 포함함), 부분적으로 사용 가능한 것으로 식별된 이러한 PS 각각의 검출 신호는 주변 PS의 검출 신호 및/또는 다른 시간에 사용 가능(또는 부분적으로 사용 가능)했던 동일한 PS의 다른 판독값과 조합되거나 평균화될 수 있다.
선택적으로, 제 1 이미지의 생성(또는 이후의 제 2 이미지 및 제 3 이미지의 생성)은 결함, 작동 불능 또는 다른 이유로 사용 불가능한 것으로 결정되거나, 또는 결함, 작동 불능 또는 사용 불가능한 검출 경로를 갖는 것으로 결정된 PS의 출력을 폐기하는 것을 포함할 수도 있다. PS 및/또는 관련 검출 경로의 결함을 검출하기 위한 추가 방법에 대한 예는 방법(2400)과 결합될 수 있는 방법(2200)과 관련하여 논의된다. 방법(2200)의 출력은 단계(2406, 2414 및 2422)에서의 생성을 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 방법(2200)은 주기적으로 실행되고, 이미지 생성을 위한 출력을 제공할 수 있거나, 방법(2400)에 따른 이미지 생성에 사용되도록 특별히 트리거될 수 있다.
선택적으로, 제 1 이미지의 생성(또는 이후의 제 2 이미지 및 제 3 이미지의 생성)은 PS가 사용 가능한 것으로 식별되었을 때 측정된 PS의 검출 레벨에 기초하여, 각 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 정보는 인접 PS의 정보와 함께 사용되거나, 그것과 독립적으로 사용될 수 있다. 다른 시점에서 PS의 검출 레벨을 사용하는 것은 예를 들어, 이전 프레임(예컨대, 정지된 장면의 경우)으로부터의 검출 레벨을 고려하고, 고 명암비 이미지(HDRI) 또는 다중 파장 복합 이미지(다른 스펙트럼 필터를 사용하여 여러 장의 사진을 촬영한 다음 단일 이미지로 결합함)와 같은 복합 이미지의 생성에 사용되는 일련의 이미지 획득의 또 다른 스냅으로부터의 검출 정보를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
제 1 이미지(또는 PDA의 검출 데이터에 기초하여 생성된 임의의 다른 프레임)에서, 단일 픽셀은 단일 PS 또는 PS 조합으로부터의 검출 데이터에 기초할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 마찬가지로, 단일 PS로부터의 정보는 이미지상의 하나 이상의 픽셀의 픽셀 색상을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, Θ x Φ 도의 시야는 X x Y PS로 커버될 수 있으며, 이미지에서 M x N 픽셀로 변환될 수 있다. 이러한 M x N 픽셀 중 하나에 대한 픽셀 값은 하나 이상의 PS에 대한 Pixel-Value(i,j)=Σ(a□,□·DL□,□)의 합으로 계산될 수 있고, 여기서 DL□,□은 해당 프레임에 대한 PS(p,s)의 검출 레벨이고, a□,□는 특정 픽셀(i,j)에 대한 평균 계수이다.
단계(2406) 이후, 제 1 이미지는 외부 시스템(예를 들어, 스크린 모니터, 메모리 유닛, 통신 시스템, 이미지 처리 컴퓨터)에 제공될 수 있다. 제 1 이미지는 하나 이상의 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 처리될 수 있다. 단계(2406) 이후, 제 1 이미지는 원하는대로 달리 처리될 수 있다.
단계(2402 내지 2406)는 연속 프레임이든 아니든, 광 검출기 센서에 의해 캡처된 많은 프레임에 대해 여러 번 반복될 수 있다. 일부 예에서, 예를 들어 광역 동적 범위(HDR) 이미징 기술이 구현되는 경우, 제 1 이미지는 여러 프레임의 검출 레벨에 기초하여 생성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 다른 구현에서, 제 1 이미지는 단일 프레임의 제 1 프레임 검출 레벨에 의해 생성된다. 단계(2402 및 2406)의 다중 인스턴스는 단계(2404)의 단일 인스턴스를 따를 수 있다(예를 들어, 여러 프레임에 대해 동일한 FET를 사용하는 경우).
단계(2408)은 제 1 프레임 정보를 수신한 후에 실행되고, 제 1 FET보다 긴 제 2 FET를 결정하는 것을 포함한다. 제 2 FET의 결정은 관련 PD의 노출 기간(예를 들어, 밀리초, 그 일부 또는 그 배수)을 결정하는 것을 포함한다. 단계(2408)는 또한 추가적인 타이밍 파라미터(예를 들어, 노출을 위한 시작 시간)를 결정하는 것을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제 1 FET에 비해 더 긴 제 2 FET는 어떤 이유로든 선택될 수 있다. 이러한 이유는 예를 들어, 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: FOV에서의 전체 광 강도, FOV 일부에서의 광 강도, 브라케팅 기술 채택, 높은 동적 범위 촬영 기술 채택, 조리개 변화 등. 제 2 FET는 상대적으로 낮거나(예를 들어, ×1.1 배, ×1.5 배), 수배 이상(예를 들어, ×2, ×5) 또는 임의의 더 높은 값(예컨대, ×20, ×100, ×5,000)이든지, 임의의 비율로 제 1 FET보다 길 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(2408)는 컨트롤러(2314) 및/또는 프로세서(2304)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 선택적으로, 외부 시스템은 제 1 FET를 결정하거나, EO 시스템(2300)에 의해 FET의 설정에 영향을 미칠 수 있다(예를 들어, EO 시스템(2300)이 설치된 차량의 제어 시스템).
선택적으로, 단계(2408) 및 단계(2416) 중 적어도 하나는 그러한 외부 엔티티와 함께 새로운 FET(각각 제 2 FET 및/또는 제 3 FET)를 결정함으로써 대체될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 외부 엔티티는 예를 들어, 외부 컨트롤러, 외부 프로세서, 외부 시스템일 수 있다. 선택적으로, 단계(2408) 및 단계(2416) 중 적어도 하나는 새로운 FET(각각 제 2 FET 및/또는 제 3 FET)의 표시(indication)를 외부 엔티티로부터 수신함으로써 대체될 수 있다는 점에 유의해야 한다. FET의 표시는 명시적(예컨대, 밀리초 단위의 지속 시간) 또는 암시적(예컨대, 애퍼처 개방 및/또는 노출 값(EV)의 변경 표시, FET에 대응하는 라이트닝 지속 시간의 변경 표시)일 수 있다. 선택적으로, 단계(2408 및 단계 2416) 중 적어도 하나는 외부 엔티티로부터 예상 암전류(또는 예를 들어, 암전류 완화 전략이 구현된 경우, PS의 커패시턴스로 전달되는 암전류의 적어도 일부)에 대한 변경 표시를 수신함으로써 대체될 수 있다.
단계(2410)는 제 2 프레임 정보를 수신하는 것을 포함한다. 제 2 프레임 정보는 PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제 2 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 2 프레임 검출 레벨을 포함한다. 제 2 프레임(제 2 프레임 정보에 대한 검출 데이터가 수집되는 동안)은 제 1 프레임에 바로 이어질 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제 1 프레임과 제 2 프레임 사이의 하나 이상의 중간 프레임(존재한다면) 중 임의의 FET는 제 1 FET, 제 2 FET 또는 임의의 다른 FET(더 길거나 더 짧음)와 동일할 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(2410)는 프로세서(2304)에 의해(예를 들어, 판독 회로(2318)를 통해) 선택적으로 수행될 수 있다.
단계(2412)는 제 2 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서, PDA의 적어도 두 가지 유형의 PS를 식별하는 것을 포함한다:
a. 제 1 PS를 포함하는 제 2 프레임에 대해 사용 가능한 PS 그룹("사용 가능한 PS 제 2 그룹"이라고 함).
b. 제 2 PS, 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 제 2 프레임에 대해 사용 불가능한 PS 그룹("사용 불가능한 PS의 제 2 그룹"이라고 함).
즉, 단계(2404)에서 사용 가능한 PS의 제 1 그룹(즉, 앞서 언급한 제 1 프레임에 대한 사용 가능한 PS 그룹)에 속하는 것으로 식별된 제 2 PS 및 제 3 PS는 제 2 프레임에 대한 더 긴 FET로 인해, 단계(2412)에서 사용 불가능한 PS(즉, 앞서 언급한 제 2 프레임에 대한 사용 불가능한 PS 그룹)에 속하는 것으로 식별된다. 단계(2412)의 식별은 단계(2404)와 관련하여 위에서 논의된 것들 중 임의의 하나 이상과 같이 다른 방식으로 구현될 수 있다. 더 짧은 FET에 대해 사용 가능한 것으로 간주되었던 PS는 다양한 이유로 더 긴 FET에 대해 단계(2412)에서 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 이러한 PS가 PDA에서의 PS의 평균 전하 저장 능력보다 낮은 전하 저장 능력(예컨대, 커패시턴스)을 갖는 경우, 이러한 PS의 전하 저장 능력은 더 긴 집적 시간에 걸쳐 축적된 암전류 및 검출 신호 모두에 대해 불충분한 것으로 간주될 수 있다. 충분한 동적 범위를 유지할 수 없기 때문에, 제 1 FET에서 사용 불가능하게 된 PS는 암전류 레벨이 유지되는 경우(예컨대, PD의 온도 및 바이어스가 변경되지 않음), 더 긴 제 2 FET에 대해서도 사용 불가능한 것으로 식별된다.
단계(2412)는 단계(2408) 이후에 실행된다(단계(2408)의 출력에 기초하기 때문). 단계(2410)의 실행 타이밍과 관련하여 단계(2412)의 실행 타이밍은 변할 수 있다. 예를 들어, 단계(2412)는 단계(2410)가 실행되기 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에, 또는 이후에 선택적으로 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(2412)는 프로세서(2304)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 단계(2412)의 식별을 실행하기 위한 방법의 예는 방법(2500)과 관련하여 논의된다.
단계(2414)는 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 중요하게는, 단계(2414)는 제 1 이미지의 생성에 사용된 출력을 갖는 적어도 2 개의 PS의 출력(검출 레벨)을 폐기하면서, 제 2 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 이들 적어도 2 개의 PS는 제 1 프레임의 FET에 기초하여 사용 가능한 것으로 식별되고, 제 1 이미지(즉, 적어도 제 2 PS 및 제 3 PS)의 생성에 사용 가능한 것으로 식별된다. 제 2 이미지의 생성은 제 1 이미지의 생성과 관련하여 위에서 논의된 임의의 방법, 기술 및 변형을 포함하는 임의의 적절한 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹과 관련하여, 제 2 이미지를 생성할 때 해당 PS에 의한 검출 데이터가 폐기되기 때문에, 대체값이 임의의 적절한 방식(필요한 경우)으로 계산될 수 있다. 단계(2414) 이후에, 제 2 이미지는 외부 시스템(예컨대, 스크린 모니터, 메모리 유닛, 통신 시스템, 이미지 처리 컴퓨터)에 제공될 수 있고, 하나 이상의 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 처리되거나, 또는 원하는대로 처리될 수 있다.
연속 프레임이든 아니든, 광 검출기 센서에 의해 캡처된 많은 프레임에 대해 단계(2410 내지 2414)가 여러 번 반복될 수 있다. 일부 예에서, 예를 들어 광역 동적 범위(HDR) 이미징 기술이 구현되는 경우, 여러 프레임의 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지가 생성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 다른 구현에서, 제 2 이미지는 단일 프레임의 제 2 프레임 검출 레벨에 의해 생성된다. 단계(2410 및 2414)의 다중 인스턴스는 단계(2412)의 단일 인스턴스를 따를 수 있다(예를 들어, 여러 프레임에 대해 동일한 제 2 FET를 사용하는 경우).
단계(2416)는 제 2 프레임 정보를 수신한 후에 실행되고, 제 1 FET보다 길고 제 2 FET보다 짧은 제 3 FET를 결정하는 것을 포함한다. 제 3 FET의 결정은 관련 PD의 노출 기간(예를 들어, 밀리초, 그 일부 또는 그 배수)을 결정하는 것을 포함한다. 단계(2416)는 또한 추가적인 타이밍 파라미터(예를 들어, 노출을 위한 시작 시간)를 결정하는 것을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제 3 FET는 단계(2408)에서 제 2 FET의 결정과 관련하여 위에서 논의된 것과 같은 임의의 이유로 선택될 수 있다. 제 3 FET는 상대적으로 낮거나(예를 들어, ×1.1 배, ×1.5 배), 수배 이상(예컨대, ×2, ×5) 또는 임의의 더 높은 값(예컨대, ×20, ×100, ×5,000)이든지, 임의의 비율로 제 1 FET보다 길 수 있다. 제 3 FET는 상대적으로 낮거나(예를 들어, ×1.1 배, ×1.5 배), 수배 이상(예컨대, ×2, ×5) 또는 임의의 더 높은 값(예컨대, ×20, ×100, ×5,000)이든지, 임의의 비율로 제 2 FET보다 짧을 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(2416)는 선택적으로 컨트롤러(2314) 및/또는 프로세서(2304)에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 외부 시스템은 제 1 FET를 결정하거나 EO 시스템(2300)에 의한 FET의 설정에 영향을 미칠 수 있다.
방법(2400)의 단계(2420)은 제 3 프레임 정보를 수신하는 것을 포함한다. 제 3 프레임 정보는 PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제 3 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 3 프레임 검출 레벨을 포함한다. 제 3 프레임(제 3 프레임 정보에 대한 검출 데이터가 수집되는 동안)은 제 2 프레임 바로 뒤에 올 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 제 2 프레임과 제 3 프레임 사이의 하나 이상의 중간 프레임(존재하는 경우) 중 임의의 FET는 제 2 FET, 제 3 FET 또는 임의의 다른 FET(길거나 짧음)와 동일할 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(2420)는 선택적으로 프로세서(2304)에 의해(예를 들어, 판독 회로(2318)를 통해) 수행될 수 있다.
단계(2420)은 제 3 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 PDA의 적어도 두 가지 유형의 PS를 식별하는 것을 포함한다:
a. 제 1 PS와 제 2 PS를 포함하는 제 3 프레임("사용 가능한 PS의 제 3 그룹"이라고 함)에 대해 사용 가능한 PS 그룹.
b. 제 3 PS와 제 4 PS를 포함하는 제 3 프레임에 대해 사용 불가능한 PS 그룹("사용 불가능한 PS의 제 3 그룹"이라고 함).
즉, 단계(2404)에서 사용 가능한 PS의 제 1 그룹(즉, 전술한 제 1 프레임에 대해 사용 가능한 PS 그룹)에 속하는 것으로 식별된 제 2 PS는 제 1 프레임과 관련하여 제 3 프레임에 대한 더 긴 FET로 인해, 단계(2420)에서 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹(즉, 앞서 언급한 제 3 프레임에 대한 사용 불가능한 PS 그룹)에 속하는 것으로 식별된다. 단계(2412)에서 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹(즉, 앞서 언급한 제 2 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 그룹)에 속하는 것으로 확인된 제 3 PS는 제 2 프레임과 관련하여 제 3 프레임에 대한 더 짧은 FET로 인해, 단계(2420)에서 사용 가능한 PS의 제 3 그룹(즉, 앞서 언급한 제 3 프레임에 대한 사용 가능한 PS 그룹)에 속하는 것으로 식별된다.
단계(2420)의 식별은 단계(2404)와 관련하여 위에서 논의된 것 중 어느 하나 이상과 같이 다른 방식으로 구현될 수 있다. 더 짧은 FET에 대해 사용 가능한 것으로 간주되었던 PS는 예를 들어, 단계(2412)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 다양한 이유로 더 긴 FET에대해 단계(2420)에서 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 더 긴 FET에 대해 사용 불가능한 것으로 간주되었던 PS는 다양한 이유로 더 짧은 FET에 대해 단계(2420)에서 사용 가능한 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 이러한 PS가 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹에 있는 일부 PS보다 큰 전하 저장 능력(예컨대, 커패시턴스)을 갖는 경우, 상이한 PS의 전하 저장 능력이 제 2 FET보다 짧은 집적 시간 동안 축적된 암전류 및 검출 신호 모두에 대해 충분한 것으로 간주될 수 있다.
단계(2420)는 단계(2416) 이후에 실행된다(단계(2416)의 출력에 기초하기 때문). 단계(2416)의 실행 타이밍과 관련하여 단계(2420)의 실행 타이밍은 변할 수 있다. 예를 들어, 단계(2420)는 단계(2416)가 실행되기 이전에, 동시에, 부분적으로 동시에, 또는 이후에 선택적으로 실행될 수 있다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 단계(2420)는 프로세서(2304) 및/또는 컨트롤러(2314)에 의해 선택적으로 수행될 수 있다. 단계(2420)의 식별을 실행하기 위한 방법의 예는 방법(1100)과 관련하여 논의된다.
단계(2422)는 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 3 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 중요하게도, 단계(2422)는 제 1 이미지(예를 들어, 제 2 PS)의 생성에 사용된 출력을 가진 적어도 하나의 PS의 출력(검출 레벨)을 폐기하고, 제 2 이미지(예컨대, 제 3 PS)를 생성할 때 폐기된 출력을 가진 적어도 하나의 PS의 출력을 활용하면서, 제 3 이미지를 생성하는 단계를 포함한다. 제 3 이미지의 생성은 제 1 이미지의 생성과 관련하여 위에서 논의된 임의의 방법, 기술 및 변형을 포함하는 임의의 적절한 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹과 관련하여, 이러한 PS에 의한 검출 데이터가 제 3 이미지 생성에서 폐기되기 때문에, 대체값이 임의의 적절한 방식(필요한 경우)으로 계산될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 단계(2422) 이후에, 제 3 이미지는 외부 시스템(예를 들어, 스크린 모니터, 메모리 유닛, 통신 시스템, 이미지 처리 컴퓨터)에 제공될 수 있다. 단계(2422) 이후에, 제 3 이미지는 하나 이상의 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 처리될 수 있다. 단계(2422) 이후에, 제 3 이미지는 원하는대로 달리 처리될 수 있다.
선택적으로, 방법(2400)에서 하나 이상의 이미지(예를 들어, 제 1 이미지, 제 2 이미지, 제 3 이미지)의 생성은 각각의 이미지에 대한 PS 중 적어도 하나의 암전류 축적을 평가하는 이전 단계에 기초할 수 있다(예를 들어, 적어도 각각의 FET, 광 신호를 캡처하는 동안 또는 그에 근접한 전기 측정 등에 기초함). 예를 들어, 이러한 측정은 어움 내에 유지된 레퍼런스 PS에서 암 전류(또는 다른 표시 측정)을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 각 이미지의 생성은 PDA의 FOV를 보다 정확하게 표현하기 위해, 하나 이상의 PS의 검출 신호로부터 해당 PS에 대한 암전류 평가와 관련된 크기를 빼는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 암전류 축적에 대하여 보정하는 이러한 단계는 각각의 이미지에 대해 사용 가능한 PS에 대해서만 수행된다.
(예를 들어, PD의 유형 및 특성의 결과로서) 비교적 높은 암전류를 특징으로 하는 PDA에서, 검출 전하가 수집되는 개별 PS의 커패시턴스는 암전류에 의해 (부분적으로 또는 완전히) 포화될 수 있고, (시스템의 시야로부터 도달하는) 주변 광을 검출하기 위한 동적 범위가 거의 또는 전혀 남지 않는다. (예컨대, 검출 데이터를 정규화하기 위해) 검출 신호로부터 암전류 레벨을 빼는 수단이 구현된 경우에도, 검출을 위한 동적 범위의 결핍은 결과적인 신호가 완전히 포화되었거나, 또는 주변 광 레벨의 의미있는 검출에 불충분함을 의미한다. PD의 암전류가 FET 동안 커패시턴스(실제 커패시터 또는 PS의 다른 구성 요소의 기생 또는 잔류 커패시턴스)에 축적되기 때문에, 이 방법은 PS가 각각의 FET에 대해 사용가능한지를 결정하기 위해 FET를 사용한다. 암전류(또는 적어도 관련 부분)의 전하가 전체 FET 동안 수집된 후, 커패시턴스에는 충분한 동적 범위가 남아있다. 프레임에 대해 사용 불가능한 PS 그룹을 식별하는 것은 각 프레임의 FET가 주어졌을 때, 동적 범위가 허용 가능한 임계값 미만(또는 그렇지 않으면 동적 범위 만족도 레퍼런스 충족에 실패할 것으로 예상됨)인 PS를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 프레임에 대해 사용 가능한 PS 그룹을 식별하는 것은 각 프레임의 FET가 주어졌을 때, 동적 범위가 허용 가능한 임계값을 초과하는(또는 그렇지 않으면 동적 범위 만족도 레퍼런스를 충족할 것으로 예상됨) PS를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 2 개의 허용 가능한 임계값은 동일한 임계값이거나 다른 임계값일 수 있다(예를 들어, 동적 범위가 해당 임계값들 사이에 있는 PS가 상이하게 취급되는 경우, 예를 들어 관련 프레임에 대해 부분적으로 사용 가능한 PS 그룹에 속하는 것으로 식별됨).
방법(2400) 전체를 참조하면, 단계(2416, 2418, 2420 및 2422)의 추가 인스턴스가 추가 FET(예를 들어, 제 4 FET 등) 동안 반복될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 시간은 이전에 사용된 FET 중 어느 것보다 길거나 짧거나 같을 수 있다. 또한, 선택적으로, 제 1 FET, 제 2 FET 및 제 3 FET는 연속적인 FET(즉, 어떠한 다른 FET도 제 1 FET와 제 3 FET 사이에서 PDA에 의해 사용되지 않음)라는 점에 유의해야 한다. 대안적으로, 다른 FET가 제 1 FET와 제 3 FET 사이에 사용될 수 있다.
노출 값(EV)이 동일하게 유지될지라도, 사용 가능한 PS 및 사용 불가능한 PS의 상이한 그룹이 상이한 FET에 대해 결정될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 제 1 FET를 팩터 q 만큼 연장하여 제 2 FET를 제공하지만, f 수는 팩터 q 만큼 증가하여, PDA가 받는 전체 조명이 실질적으로 동일하게 되는 경우를 가정해 보자. 이러한 경우, EV가 일정하게 유지될지라도, 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹은 암전류 축적이 팩터 q 만큼 증가하기 때문에, 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹에 포함된 것 이외의 PS를 포함할 것이다.
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위해 제공되는데, 이는 프로세서에서 실행될 때, PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제 1 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 1 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 1 프레임 정보를 수신하는 단계; 상기 제 1 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서, 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 1 그룹 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹를 식별하는 단계; 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여, 제 1 이미지를 생성하는 단계; 제 1 프레임 정보를 수신한 후, 제 1 FET보다 긴 제 2 FET를 결정하는 단계; PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제 2 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 2 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 2 프레임 정보를 수신하는 단계; 상기 제 2 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서, 제 1 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 2 그룹, 및 제 2 PS, 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹을 식별하는 단계; 제 2 그룹의 사용 불가능한 PS의 제 2 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 제 2 그룹의 사용 가능한 PS의 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여, 제 2 이미지를 생성하는 단계; 제 2 프레임 정보를 수신한 후, 제 1 FET보다 길고 제 2 FET보다 짧은 제 3 FET를 결정하는 단계; 상기 PDA의 복수의 PS 각각에 대해, 제 3 FET 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 3 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 3 프레임 정보를 수신하는 단계; 제 3 FET에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서, 제 1 PS 및 제 2 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 3 그룹, 및 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹을 식별하는 단계; 및 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨에 기초하여, 제 3 이미지를 생성하는 단계를 수행하도록, 저장된 명령을 포함한다.
이전 단락의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에서 실행될 때, 방법(2400)과 관련하여 위에서 논의된 임의의 다른 단계 또는 변형을 수행하는 추가 명령을 포함할 수 있다.
도 25는 본 명세서에 개시된 발명의 예들에 따라, 상이한 FET들에서의 PDA 동작을 위한 모델을 생성하기 위한 방법(2500)을 예시하는 흐름도이다. 주어진 FET(및 PD의 온도, 바이어스, PS 커패시턴스 등과 같은 추가 파라미터)가 제공되는 사용 가능한 PS 그룹에 속하는 PS를 식별하는 것은 상이한 FET에서의 각 PS의 동작 모델에 기초할 수 있다. 이러한 모델링은 방법(2400)의 일부일 수 있거나 그 전에 별도로 실행될 수 있다. 방법(2500)의 단계(2502, 2504 및 2506)은 PDA(예를 들어, PDA(1602))의 복수의 PS 각각에 대해, 그리고 가능하면 광 검출기 어레이의 모든 PS에 대해 실행된다.
단계(2502)는 복수의 상이한 FET 중 각각의 FET에 대한 각각의 PS의 사용 가능성을 결정하는 것을 포함한다. 사용 가능성 결정은 다른 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, PS의 검출 신호는 예상 값(예를 들어, 조명 레벨이 알려진 경우 -아마도 완전히 어둡거나 알려진 더 높은 조명 레벨), 다른 PS의 평균, 다른 PS의 검출 레벨(예를 들어, 모든 PS가 색채 균일한 타겟을 이미징하는 경우), 다른 FET의 검출 결과(예컨대, 기간 T에서의 검출 레벨(예컨대, 200 나노초)이 T/2에서 검출 레벨(예컨대, 330 나노초)의 약 두 배인지 결정) 등과 비교될 수 있다. 결정된 사용 가능성은 이진 값(예를 들어, 사용 가능 또는 사용 불가능), 비-이진 값(예를 들어, 사용 가능성 레벨을 평가 및 표시하는 스칼라), 값 세트(예컨대, 벡터), 또는 임의의 다른 적절한 형태일 수 있다. 선택적으로, 동일한 복수의 프레임 FET가 복수의 PS 모두에 대해 사용되지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 비-이진 사용 가능성 평가에서, 완전히 사용 불가능한 것과 완전히 사용 가능한 것 사이의 중간 값은 각 PS의 검출 신호가 주변 PS의 검출 신호 및/또는 다른 시간에 사용 가능(부분적으로 사용 가능)했던 동일한 PS의 다른 판독 값과 조합되거나 평균화되어야 함을 나타낼 수 있다.
방법(2500)은 각각의 PS에 대한 전하 축적 용량 및/또는 포화 파라미터를 측정하는 선택적 단계(2504)를 포함할 수 있다. 전하 용량은 PD, PS의 다른 소스(예컨대, 전류원), PDA의 다른 소스 또는 외부 소스(예컨대, 광 검출기가 제조되는 제조 시설에서의 캘리브레이션 머신)으로부터 나오는 전류를 사용하여, 임의의 적절한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 상이한 PS 간의 커패시턴스 차이가 무시할 수 있거나 단순히 폐기되는 경우, 단계(2504)는 생략될 수 있다.
단계(2506)은 각각의 PS에 대한 사용 가능성 예측 모델을 생성하는 것을 포함하며, 이는 상이한 FET 하에서 동작될 때, 단계(2502)에서 사용 가능성이 능동적으로 결정된 복수의 FET에 포함되지 않은 PS의 사용 가능성 추정을 제공한다. 상이한 FET는 단계(2502)의 복수의 FET의 지속 시간과 동일한 범위로, 그것으로부터 더 길거나 더 짧게 포함될 수 있다. 생성된 사용 가능성 예측 모델은 예를 들어, 이진 값(예를 들어, 사용 가능 또는 사용 불가능), 비-이진 값(예를 들어, 사용 가능성의 레벨을 평가 또는 표하는 스칼라), 값 세트(예를 들어, 벡터) 또는 기타 적절한 형식으로 제공하는 것과 같이, 상이한 유형의 사용 가능성 표시를 제공할 수 있다. 모델에 의해 표시되는 사용 가능성 유형은 단계(2502)에서 결정된 사용 가능성 유형과 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 단계(2502)는 상이한 FET에서 수집된 암전류를 평가하는 것을 포함할 수 있는 반면, 단계(2504)는 이러한 PS가 사용 가능한 것으로 간주되는 최대 허용 가능한 FET를 나타내는 시간 임계치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 사용 가능성 모델은 각 PS의 전하 축적 용량을 고려할 수 있다.
사용 가능성 예측 모델을 생성하기 위해 임의의 적절한 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 암전류가 상이한 FET 동안 PD에 대해 측정 또는 평가된 다음, 회귀 분석을 통해 다른 FET에서의 암전류를 평가할 수 있는 함수(다항식, 지수식 등)를 결정할 수 있다.
선택적 단계(2508)는 이전 단계의 적어도 복수의 PS를 포함하는, PDA의 적어도 일부에 대한 사용 가능성 모델을 컴파일하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계(2508)는 각각의 PS에 대한 셀에 모델 파라미터를 저장하는 하나 이상의 매트릭스 또는 다른 유형의 맵을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(2506)가 각 PS(p,s)에 대한 암전류 선형 회귀 함수[DarkCurrent(p,s)=A□,□·τ+B□,□, 여기서 τ는 FET이고, A□,□ 및 B□,□는 선형 회귀의 선형 계수임)를 생성하는 것을 포함하는 경우 , 매트릭스 A는 상이한 A□,□ 값을 저장하기 위해 생성될 수 있으며, 매트릭스 B는 상이한 B□,□ 값을 저장하기 위해 생성될 수 있다. 필요하다면, 상이한 PS에 대해 상이한 커패시턴스 값 C□,□(또는 상이한 포화 값 S□,□)을 저장하기 위해 제 3 매트릭스 C가 사용될 수 있다.
단계(2506)(또는 구현된 경우, 단계(2508)) 이후에는, 단계(2506)(또는 구현된 경우, 단계(2508))의 결과에 기초하여, 단계(2502)의 복수의 FET 중 하나가 아닌 FET에 대하여 복수의 PS의 사용 가능성을 결정하는 것을 포함하는 선택적인 단계(2510)가 뒤따를 수 있다. 예를 들어, 단계(2510)는 광 검출기 어레이의 상이한 PS에 대해 사용 불가능한 PS의 마스크(예를 들어, 매트릭스)를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
방법(2500) 전체를 참조하면, 단계(2502)는 4 개의 다른 FET(예를 들어, 33ns, 330ns, 600ns 및 2000ns)에서 PDA의 각 PS에 대한 암전류를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 단계(2504)는 각각의 PS에 대한 포화 값을 결정하는 것을 포함할 수 있고, 단계(2506)는 각각의 PS에 대하여 시간에 걸친 암전류 축적을 위한 다항 회귀를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 이 예에서, 단계(2508)는 매트릭스를 생성하고, (회귀 분석에 따라) PS의 암전류가 PS를 포화시킬 FET를 각 셀에 저장하는 것을 포함할 수 있다. 단계(2510)는 새로운 FET를 수신하고, 매트릭스의 각 셀에 대해 그것이 저장된 값보다 낮거나 높은지를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 이어서 각각의 사용 불가능한 PS(FET가 저장된 값보다 높음)에 대해 제 1 값(예컨대, "0")을, 그리고 각각의 사용 가능한 PS(FET가 저장된 값보다 낮음)에 대해 제 2 값(예컨대, "1")을 저장하는 이진 매트릭스를 생성한다.
방법(2500)의 임의의 단계는 PDA의 제조 동안(예를 들어, 공장 보정 동안), 시스템의 작동 동안(예를 들어, PDA를 포함하는 EO 시스템이 차량, 감시 시스템 등과 같은 지정된 위치에 설치된 후), 또는 해당 시간 사이 또는 그 시간 이후에 임의의 다른 적절한 시간에 수행될 수 있다. 다른 시간에 상이한 단계가 수행될 수 있다.
방법(2400) 전체를 참조하면, 상이한 작동 조건 하에서 상이한 FET에서 상이한 PS에 대한 암전류의 영향을 측정하기 위해 상이한 단계가 준용적으로 확장될 수 있다는 점에 유의해야 한다(예를 들어, 상이한 온도에 따라 상이할 때, 상이한 바이어스가 PD에 인가될 때), 준용 적으로.
선택적으로, 방법(2400)의 일부로서 FET(예를 들어, 제 2 FET, 제 3 FET)를 결정하는 것은 각각의 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 수를 미리 결정된 임계값 아래로 유지하면서, 각각의 FET를 최대화하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호의 수집을 최대화하기 위해, 방법(2400)은 미리 결정된 수의 사용 불가능한 PS(예를 들어, PDA PS의 적어도 99 %가 사용 가능하고, PS의 최대 1 %가 사용 불가능한 것으로 허용되는 것을 요구함)에 관련된 임계값에 접근하는 FET를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 경우, 최대화는 정확한 최대 지속 시간을 산출하지 못하지만, 그것에 근접한 지속 시간(예컨대, 수학적 최대 지속 시간의 320 % 이상 또는 325 % 이상)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 이산 사전 정의된 시간 범위 중 최대 프레임 지속 시간이 선택될 수 있다.
예를 들어, 방법(2400)의 일부로서 FET를 결정하는 것은 다른 가능한 FET보다 긴 FET를 결정함으로써, 이전 FET보다 더 많은 PS를 유발하는 것을 포함할 수 있는데, 이에 의해 다른 가능한 FET와 비교하여 더 많은 수의 PS가 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있게 하지만, 나머지 PS의 이미지 품질을 향상시킨다. 이는 예를 들어, 상대적으로 어두운 조건에서 유용할 수 있다. 선택적으로, FET의 결정(예를 들어, 이를 최대화하려는 시도에 의한)은 다른 FET에서 사용 불가능한 것으로 간주되는 PS의 공간 분포를 고려할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, PDA의 일부 영역에서, 특정 FET 이상에서 사용 불가능한 것으로 간주되는 PS의 높은 비율을 갖는 PS에 축적이 있다는 사실을 알면, 특히 이것이 FOV의 중요한 부분(예컨대, 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 2 개 이상의 프레임에서의 검출 레벨에 기초하여 단일 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 사용 불가능한 PS의 상이한 그룹은 상이한 FET 동안 사용된다. 예를 들어, 3 개의 FET는 ×1, ×10, ×100로 사용될 수 있다. 이미지의 각 픽셀에 대해 결정된 색상은 하나 이상의 PS의 검출 레벨(예컨대, PS가 사용 가능하고 포화되지 않은 FET에서 무시할 수 없는 신호를 검출함) 또는 인접 PS의 검출 레벨(예를 들어, 각각의 PS가 사용 가능하다고 결정된 경우에도, 그러한 시간에 신호가 무시될 수 있기 때문에, 사용 가능한 검출 신호를 제공하지 않음)에 기초하여 결정될 수 있다. 방법(2400)은 (예를 들어, 광역 동적 범위 이미징 기술-HDR을 사용하여) 단일 이미지에 대해 상이한 노출을 결합하기 위한 복수의 FET를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 FET의 결정은 방법(2500)에서 생성된 모델과 같이, 다른 FET에서 다른 PS의 사용 가능성 모델링에 기초할 수 있다. 방법(2400)은 또한 사용 가능한 PS를 충분하게 각각 제공하는 2 개 이상의 별개의 검출 인스턴스에서 단일 이미지를 캡처하는 것을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2 밀리초 FET를 사용하여 장면의 단일 캡처를 취하는 대신, 방법(2400)은 장면을 두 번 캡처하도록(예컨대, 2 개의 1ms FET, 1.5ms 및 0.5ms FET) 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 이에 의해 각각의 노출에서 사용 가능한 PS의 수가 미리 결정된 임계값을 초과할 것이다.
선택적으로, 방법(2400)은 상이한 FET(예를 들어, 방법(2500)에서 생성됨)에서의 상이한 PS의 사용 가능성 모델 및 PDA에 의해 캡처된 적어도 하나의 이전 프레임의 포화 데이터에 기초하여, FET 중 적어도 하나를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 포화 데이터는 적어도 하나의 이전 프레임의 적어도 하나의 FET에서 포화된 PS에 대한 정보(예컨대, PS의 수, 어떤 PS, PDA의 어느 부분) 및/또는 적어도 하나의 이전 프레임의 적어도 하나의 FET에서 거의 포화된 PS에 대한 정보를 포함한다. 포화 데이터는 바로 직전 프레임(또는 여러 프레임)과 관련될 수 있으므로, 그것은 커튼 이미지 장면에 대한 포화 거동을 나타낸다.
방법(2400)은 (예를 들어, 방법(2500) 또는 임의의 다른 적절한 모델링 방법을 구현함으로써) 상이한 FET에서 PDA의 PS의 사용 가능성을 모델링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 FET에서 PDA의 PS의 사용 가능성 모델을 제공하면(방법(2400)의 일부로든 아니든), 방법(2400)은 (a) 모델링의 결과에 기초하여 제 2 FET 및 제 3 FET 중 적어도 하나의 FET를 결정하는 단계; 및/또는 (b) 모델링 결과에 기초하여 사용 불가능한 PS 그룹 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 임의의 하나 이상의 FET를 결정할 때, 방법(2400)은 FOV 장면의 어두움으로 인해 FET를 연장하는 것과 더 긴 FET에서(예컨대, 방법(2500)의 모델에 기초함) 사용 불가능한 것으로 간주된 PS의 양을 제한하기 위해 FET를 줄이는 것 사이에서, 균형을 이루는 FET를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, (각 FET의 암전류가 일정하게 유지되도록) PD에서 동일한 온도 및 바이어스로 작동될 때, 단계(2408)은 장면이 더 어두워졌기 때문에(사용 불가능한 PS의 더 큰 수 때문), 더 긴 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있고, 단계(2416)는 장면이 다시 밝아 졌기 때문에(따라서, 사용 불가능한 PS의 수가 감소됨), 더 짧은 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이는 암전류 축적(온도 및 작동 조건으로부터 비롯되지만, 조명 레벨로부터는 발생하지 않음)으로 인해 발생하는 PS의 사용 가능성이 FET의 연장을 제한하는 경우, 더 어두운 이미지에서 특히 관련이 있다. 여기서, 상기 FET의 연장은 암전류 축적이 각각의 PS의 동적 범위를 크게 제한하지 않는 경우, 수행된다. 또 다른 예에서, 장면 조명이 일정하게 유지되는 시간 범위 내에서, 단계(2408)은 온도 하강(이에 따라, 암전류를 낮추고 각 FET에서 사용 불가능한 PS의 백분율을 낮춤)에 의해 가능해진 더 긴 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있고, 단계(2416)은 PDA의 온도가 다시 상승하기 때문에, 더 짧은 FET를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 26은 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따라, 상이한 FET에서 동일한 장면을 촬영한 3 개의 프레임에 대한 방법(2400) 실행의 그래픽 표현이다. 예제 장면은 4 개의 동심 직사각형을 포함하고, 각각은 그것을 둘러싸는 것으로부터 더 어둡다. 도 26의 다른 다이어그램은 방법(2400)의 단계에 대응하며, 아포스트로피를 사용하여 동등한 참조 번호로 번호 매겨졌다. 예를 들어, 다이어그램(2406')은 단계(2406) 등의 실행과 일치한다. 아래쪽 9 개 다이어그램에서의 각각의 직사각형은 단일 PS, 또는 해당 PS에 직접 매핑되는 픽셀을 나타낸다(아래쪽 3 개 다이어그램에서). 모든 다이어그램에서, PDD에 대한 PS의 위치는 일정하게 유지된다.
많은 유형의 PDA에서 공통적으로, 프레임 정보가 수신되는 PDA는 불량, 결함 또는 기타 오작동 PS(불량, 결합 또는 기타 오작동 픽셀이라고도 함)를 포함할 수 있다. "오작동 PS"라는 용어는 일반적으로 예상되는 응답으로부터 벗어난 PS와 관련되는데, 여기에는 고정, 데드, 핫, 켜짐, 웜, 결함 및 깜박이는 PS가 포함되지만, 이에 국한되지는 않는다. 오작동 PS는 개별 PS 또는 PS 클러스터일 수 있다. PS의 오작동을 유발할 수 있는 결함의 비-제한적인 예에는 PS 범프 본드 연결, 멀티플렉서의 오류 어드레싱, 비네팅, 일부 PS의 심각한 감도 결함, 비선형성, 불량한 신호 선형성, 낮은 풀 웰, 불량한 평균-변형 선형성, 과도한 노이즈 및 높은 암전류가 포함된다. 방법(2400)에서 사용 불가능한 PS로 식별되는 하나 이상의 PS는 영구적으로 오작동하는 PS이거나 FET와 관련이 없는 조건(예를 들어, 고온으로 인해)에 기초하여 오작동하는 PS일 수 있다. 그러한 PS는 방법(2400)(예를 들어, PS 8012.5)의 모든 FET에 대해 사용 불가능한 것으로 식별될 수 있다. 그럼에도 불구하고, ("오작동"하지 않는) 일부 기능 PS는 제한된 용량과 충분히 긴 FET(예컨대, PS 8012.4)로 인해, 방법(2400)의 모든 FET에서 사용 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 선택적으로, 방법(2400)은 FET에 추가하여 다른 파라미터(예를 들어, 온도, 전기 파라미터, 주변 광 레벨)에 기초하여, PDA의 PS 중 하나 이상의 사용 가능성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, FET의 이유로 사용 불가능한 것으로 간주된 PS는 일반적으로 커패시턴스 제한으로 인해, 다른 고려 사항(예컨대, 온도) 때문에 사용 가능한 것으로 간주될 수 없다는 점에 유의해야 한다.
예시된 예에서:
a. PS 8012.5는 3 개의 FET(T₁, T₂, T₃) 모두에서 충돌하는 광량에 관계없이 신호를 출력하지 않는다; 모든 조건에서 가능하다.
b. PS 8012.4는 3 개의 FET(T₁, T₂, T₃) 모두에서 충돌하는 광량에 관계없이 포화 신호를 출력한다; 모든 조건에서 가능한다.
c. PS 8012.3은 가장 짧은 FET, T₁에서 사용 가능한 신호를 출력하지만, 더 긴 FET, T₂ 및 T₃에서는 사용 불가능한 (포화) 신호를 출력한다.
d. PS 8012.2는 더 짧은 FET, T₁ 및 T₃에서 사용 가능한 신호를 출력하지만, 가장 긴 FET, T₂에서는 사용 불가능한 (포화) 신호를 출력한다.
다른 유형의 결함 및 잘못된 출력도 발생할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 오류에는 예를 들어, 매우 비선형적인 신호 응답 출력, 지속적으로 너무 강한 신호 출력, 지속적으로 너무 약한 신호 출력, 무작위 또는 반-무작위 출력을 출력 등이 포함될 수 있다. 또한, 많은 PS(예컨대, 제 1 PS 8012.1)가 검출에 사용되는 모든 FET에서 사용 가능할 수 있다.
도 23으로 되돌아가면, 선택적으로 시스템(2300)은 동적 PS 사용 가능성 평가 능력을 갖는 EO 시스템일 수 있음을 주목한다. 즉, EO 시스템(2300)은 FET 및 가능한 다른 작동 파라미터에 기초하여, 상이한 PS를 사용 가능 또는 사용 불가능으로 교대로 할당할 수 있으며, (예컨대, 사용 가능성 모델에 따라) 캡처시 각각의 PS가 사용 가능하다고 결정된 경우에만, PS의 검출 신호를 활용할 수 있다.
이러한 경우, EO 시스템(2300)은 다음을 포함한다:
a. 다른 프레임에서 검출 신호를 출력하도록 각각 동작하는 복수의 PS(2306)를 포함하는 PDA(2302). 각각의 PS(2306)에 의해 프레임에 대해 출력되는 검출 신호는 각각의 프레임 동안, 각각의 PS에 충돌하는 광량(및 가능하게는 각각의 PS의 PD의 암전류)를 나타낸다.
c. 사용 가능성 필터링 모듈(예를 들어, 프로세서(2304)의 일부로서 또는 별도로 구현됨). 사용 가능성 필터링 모듈은 각 PS(2306)에 대해, 제 1 FET(다른 PS(2306)간에 상이할 수 있음)에 기초하여 PS가 사용 불가능함을 결정하고, 나중에 제 1 FET보다 짧은 제 2 FET에 기초하여 동일한 PS(2306)가 사용 가능함을 결정하도록 작동한다. 즉, 한 지점에서 사용 불가능했던(하나 이상의 이미지를 생성할 때 그 출력이 폐기되었던) PS(2306)는 나중에 다시 사용 가능할 수 있으며(예를 들어, FET가 더 짧아지면), 이러한 PS(2306)의 출력은 다음 이미지의 생성에서 다시 유용할 수 있다.
c. 복수의 PS(2306)의 프레임 검출 레벨에 기초하여 이미지를 생성하도록 동작하는 프로세서(2304). 프로세서(2304)의 다른 구성 중에서, 그것은 (a) 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성할 때, 사용 가능성 필터링 모듈에 의해 제 1 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 결정된 필터링된 PS의 제 1 검출 신호를 제외하고, 및 (b) 제 1 프레임 검출 레벨의 캡처 후 PDA에 의해 캡처된 제 2 프레임 감지 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성할 때, 사용 가능성 필터링 모듈에 의해 제 2 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 결정된 필터링된 PS의 제 2 검출 신호를 포함도록, 구성된다.
선택적으로, 컨트롤러(2314)는 EO 시스템의 시야에서 물체의 상이한 조명 레벨에 기초하여 상이한 프레임에 대한 상이한 FET를 결정할 수 있다.
선택적으로, 컨트롤러(2314)는 (예를 들어, 방법(2400)과 관련하여 논의된 바와 같이) 각각의 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 수를 미리 결정된 임계값 아래로 유지하면서, FET를 최대화함으로써 EO 시스템에 대한 FET를 결정하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, EO 시스템(2300)은 (예를 들어, 물리적 장벽에 의해 또는 편향 광학 장치를 사용하여) 주변 조명으로부터 차폐되는 적어도 하나의 차폐된 PD뿐만 아니라, 적어도 하나의 차폐된 PD의 신호 레벨에 기초하여 암전류의 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 있으며, 이에 의해 상이한 프레임에서 상이한 암전류 축적 정도를 보상한다.
선택적으로, 프로세서(2304)는 PS가 사용 가능한 것으로 식별될 때 측정된 필터링된 PS의 검출 레벨에 기초하여, 필터링된 PS와 관련된 제 1 이미지의 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하도록 동작할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)는 각각의 PS에 의한 검출 신호가 이미지 생성에서 제외될 때, 주변 PS의 검출 레벨에 기초하여, PS에 대한 대체값을 계산하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(2304)는 인접 PS의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여, 필터링된 PS와 관련된 제 1 이미지의 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하도록 동작할 수 있다.
선택적으로, 프로세서(2304)(또는 프로세서의 일부가 아닌 경우, 사용 가능성 필터 모듈)는 FET에 기초하여 PS에 대한 사용 가능성 정도를 결정하도록 동작할 수 있는데, 상기 사용 가능성 정도는 PDD의 샘플링 PS가 빛에 민감한 동안의 기간 및 샘플링 PS가 빛에 민감하지 않는 기간 사이의 중간 시간을 제외한 기간의 합계를 포함한다.
선택적으로, 프로세서(2304)는 방법 2500에 따라 생성된 사용 가능성 모델을 활용하여, 상이한 FET에서 캡처된 상이한 PS의 검출 신호를 언제 포함시킬지 그리고 언제 제외시킬지를 결정할 수 있다. 선택적으로, EO 시스템(2300)은 방법(2500)을 실행하도록 동작할 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 발명에 따른 방법(3500)의 예를 예시하는 흐름도이다. 방법(3500)은 상이한 작동 조건에서 PS의 다른 하위 집합에 기초하여 이미지를 생성하는 데 사용된다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 방법(3500)은 프로세서(1604)에 의해 실행될 수 있으며, 여기서 방법(3500)의 PDA는 선택적으로 PDA(1602)일 수 있다. 방법(3500)은 적어도 단계(3510, 3520, 3530 및 3540)를 포함하고, 이는 광 검출기 어레이에 의해 캡처된 상이한 프레임에 대하여 시퀀스로 반복된다. 시퀀스는 스트림의 모든 프레임에 대해 전체적으로 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)로 시작한다. 프레임 정보는 PS 각각에 대한 검출 레벨(또는 레벨들)(예를 들어, 0과 1024 사이, 3 개의 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 주변 PS의 레벨에 대해 또는 이전 PS의 레벨에 대해 주어질 수 있다). 프레임 정보는 또한 추가 정보(예를 들어, 일련 번호, 타임 스탬프, 작동 조건)를 포함할 수 있으며, 이들 중 일부는 방법(3500)의 다음 단계에서 사용될 수 있다. 프레임 정보가 수신되는 PDA는 불량, 결함 또는 기타 오작동 PS를 포함할 수 있다.
단계(3520)는 프레임 지속 시간 동안 PDA의 작동 조건을 나타내는 작동 조건 데이터를 수신하는 것을 포함한다. 작동 조건은 다음 엔티티 중 임의의 하나 이상과 같은 다른 유형의 엔티티로부터 수신될 수 있다: PDA, PDA의 컨트롤러, 방법(3500)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서, 하나 이상의 센서, 방법(3500)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서의 하나 이상의 컨트롤러 등. 단계(3520)에서 언급될 수 있는 작동 조건의 비-제한적인 예에는 PDA의 FET(예컨대, 전자 또는 기계적 셔터, 플래시 조명 지속 시간 등), PDA 또는 연결된 회로의 증폭 이득, PDA의 PD에 인가되는 바이어스, 주변 광 레벨, 전용 조명 레벨, 다운 스트림 이미지 프로세서의 이미지 처리 모드, 광에 적용된 필터링(예컨대, 스펙트럼 필터링, 편광) 등이 포함된다.
단계(3530)는 작동 조건 데이터에 기초하여, 적어도 하나의 PS를 포함하고 복수의 다른 PS를 제외하는 결함있는 PS 그룹을 결정하는 것을 포함한다. 단계(3530)가 단계(3520)의 상이한 대응 인스턴스에서 이들 프레임에 대해 수신된 상이한 작동 조건 데이터에 기초하여, 상이한 프레임에 대해 실행될 때, 작동 조건이 서로 상이한 상이한 프레임에 대해 상이한 그룹의 결함 PS가 선택된다. 그러나, 상이한 작동 조건을 갖는 2 개의 프레임에 대해 동일한 그룹의 결함 픽셀이 선택될 수 있다(예컨대, 작동 조건의 차이가 비교적 작은 경우).
상기 결정은 PS 자체의 평가에 기초한 것이 아니라 작동 조건 데이터에 기초하여 수행되기 때문에, 다른 그룹에 포함된 다양한 PS의 결함은 실제 작동 조건에 대한 언급이 아니라, 해당 조건의 추정이다. 따라서, 단계(3530)에서 결함 PS 그룹에 포함된 PS가 작동 조건 데이터에 표시된 작동 조건에서 반드시 결함이 있거나 작동하지 않는 것이 아니다. 단계(3530)의 결정은 PDA의 실제 현재 상태와 가능한 한 정확하게 일치하도록 의도되었다.
단계(3540)은 프레임을 나타내는 이미지를 제공하기 위해 프레임 정보를 처리하는 것을 포함한다. 상기 처리는 결함있는 PS 그룹에 포함된 PS를 제외하고 광 검출기의 PS의 검출 신호에 기초한다. 즉, PDA의 PS로부터의 검출 신호는 시야(또는 그 빛이 PDA에 도달하는 다른 장면 또는 하나 이상의 물체)를 나타내는 이미지를 생성하는 데 사용되지만, 결함 PS의 그룹에 포함된 PS에서 발생하는 모든 검출 신호는 회피한다(앞서 언급했듯이, 이는 관련 프레임 정보가 캡처된 시간 동안 작동 조건 데이터에 기초하여 동적으로 결정됨). 단계(3540)는 폐기된 검출 신호를 보상하기 위해 대체값을 계산하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨팅은 예를 들어, 주변 PS의 검출 신호에 기초하여, 결함 PS에 대한 대체값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 계산은 예를 들어, 이미지의 주변 픽셀의 값에 기초하여, 이미지의 픽셀에 대한 대체값을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 방법(2400)에서 이미지를 생성하는 것과 관련하여 위에서 논의된 임의의 기술은 또한 단계(3540)에서 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
2 개의 프레임(제 1 프레임 및 제 2 프레임)에 대한 방법의 실행을 위한 예는 예를 들어 다음을 포함할 수 있다:
a. 복수의 PS에 의해 제공되고 제 1 프레임 지속 시간에 속하는 제 1 검출 신호를 나타내는 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하고, 여기서 복수의 PS는 적어도 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함한다. 프레임 지속 시간은 PDA에 의해 수집된 빛이 단일 이미지 또는 비디오 프레임으로 집계되는 시간이다. 상이한 프레임 지속 시간은 상호 배타적일 수 있지만, 일부 실시 예에서 선택적으로 부분적으로 중첩될 수 있다.
b. 제 1 프레임 지속 시간 동안 PDA의 작동 조건을 나타내는 제 1 작동 조건 데이터를 수신한다.
c. -적어도 제 1 작동 조건 데이터에 기초하여- 제 3 PS를 포함하고 제 1 PS 및 제 2 PS를 제외한 결함 PS의 제 1 그룹을 결정한다. 상기 결정은 결함 PS의 제 1 그룹을 직접 결정하는 것, 또는 어떤 픽셀이 결함있는 것으로 간주되는지를 암시하는 다른 데이터를 결정하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 비-결함 픽셀의 보수 세트를 결정하고, 각 픽셀에 대한 결함 레벨을 할당하고, 나중에 임계값을 설정하거나 기타 레퍼런스를 결정함).
d. 제 1 결함 PS 그룹에 기초하여, 제 1 이미지를 제공하기 위한 제 1 프레임 정보를 처리한다. 상기 처리는 적어도 제 1 PS 및 제 2 PS의 제 1 검출 신호에 기초하고(선택적으로, 다음과 같은 선행하는 사전 처리: 디지털화, 캡핑, 레벨 조정 등), 제 3 PS의 검출 신호와 관련된 정보를 폐기한다.
e. 복수의 검출 PS에 의해 제공되는 제 2 검출 신호를 나타내는 제 2 프레임 정보를 PDA로부터 수신한다. 제 2 프레임 정보는 제 1 프레임 지속 시간이 아닌 제 2 프레임 지속 시간과 관련된다.
f. 제 2 프레임 지속 시간 동안 PDA의 작동 조건을 나타내는 제 2 작동 조건 데이터를 수신하고, 이는 제 1 작동 조건 데이터와 상이하다. 제 2 작동 조건 데이터는 제 1 작동 조건 데이터가 수신된 동일한 소스로부터 수신될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
g. 제 2 작동 조건 데이터에 기초하여, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하고 제 1 PS를 제외한 결함 PS의 제 2 그룹을 결정한다. 상기 결정은 결함 PS의 제 2 그룹을 직접 결정하는 것, 또는 어떤 픽셀이 결함있는 것으로 간주되는지를 암시하는 다른 데이터를 결정하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 비-결함 픽셀의 보수 세트를 결정하고, 각 픽셀에 대한 결함 레벨을 할당하고, 나중에 임계값을 설정하거나 기타 레퍼런스를 결정함).
h. 제 2 이미지를 제공하기 위해 결함 PS의 제 2 그룹에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리한다. 제 2 이미지 정보의 처리는 적어도 제 1 PS의 제 2 검출 신호에 기초하고, 제 2 PS와 제 3 PS의 검출 신호에 관련된 정보를 폐기한다.
도 28a는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 시스템(3600) 및 예시적인 타겟 대상물(3902 및 3904)를 도시한다. EO 시스템(3600)은 시스템(3600)의 시야에 있는 물체를 나타내는 이미지를 생성하기 위해, 적어도 하나의 PDA(이는 동일한 시스템의 일부일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아님)로부터의 검출 신호를 처리하도록 작동하는 적어도 프로세서(3620)를 포함한다. 시스템(3600)은 시스템(2300)에 의해 구현될 수 있고, 유사한 참조 번호가 사용되지만(예를 들어, 이러한 경우, PDA(3610)는 PDA(2302)일 수 있고, 컨트롤러(3640)는 컨트롤러(2314)일 수 있음), 반드시 그런 것은 아니다. 간결함을 위해, 시스템(2300)과 관련하여 위에서 제공된 모든 설명이 반복되는 것은 아니며, 시스템(2300)의 하나 이상의 구성 요소의 임의의 조합이 시스템(3600)에서 필요에 따라 구현될 수 있으며 그 반대의 경우도 가능하다는 점에 유의해야 한다. 시스템(3600)은 프로세싱 시스템(예를 들어, 컴퓨터, 그래픽 프로세싱 유닛), 또는 PDA(3610) 및 광학 장치를 더 포함하는 EO 시스템일 수 있다. 후자의 경우, 시스템(3600)은 카메라, 분광기, LIDAR 등과 같이 검출을 위해 PDA를 사용하는 모든 유형의 EO 시스템일 수 있다. 선택적으로, 시스템(2600)은 FOV(예를 들어, 적어도 제 1 FET 및 제 2 FET 동안 물체를 조명하기 위해)에서 물체를 조명하기 위한 하나 이상의 조명원(3650)(예를 들어, 레이저, LED)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 시스템(3600)은 EO 시스템의 시야에서 물체의 상이한 조명 레벨에 기초하여, 상이한 프레임에 대해 상이한 FET를 결정하도록 동작하는 컨트롤러(3640)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 상이한 FET는 제 1 FET 및/또는 제 2 FET를 포함할 수 있다.
2 개의 예시적인 타겟이 도 28a에 도시되어 있다: 반사율이 높은 번호판을 갖는 어두운 색상의 자동차(3902)(반사율이 낮은 차체 패널을 가짐) 및 흰색 패치를 갖는 검은색 직사각형 패널(3904). 시스템(3600)은 고 반사율 패치를 갖는 저 반사율 물체의 이미지를 생성하는 것으로 반드시 제한되지 않다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 시스템(3600)이 그러한 타겟의 이미지를 생성하는 방식은 흥미롭다.
프로세서(3620)는 사방에서(타겟(3902 및 3904)에 의해 예시됨) 저 반사율 표면으로 둘러싸인 고 반사율 표면을 포함하는 물체의 다중 검출 결과를 PDA(예를 들어, 구현된 경우, PDA(3610))로부터 수신하도록 구성된다. 다중 검출 결과는 (a) 제 1 FET 동안 PDA에 의해 검출된 물체의 제 1 프레임 정보 및 (b) 제 1 FET보다 긴 제 2 FET 동안 PDA에 의해 검출된 물체의 제 2 프레임 정보를 포함한다. 제 1 프레임 정보 및 제 2 프레임 정보는 PDA의 상이한 PS에 의해 출력되는 검출 신호를 나타내며, 이는 차례로 PDA에 의해 검출되는 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타낸다. 일부 PS는 물체의 저 반사율 부분으로부터 빛을 검출하는 반면, 적어도 하나의 다른 PS는 고 반사율 표면으로부터 빛을 검출한다.
상이한 FET에 기초하여, 프로세서(3620)는 제 1 프레임 정보 및 제 2 프레임 정보를 다르게 처리한다. 도 28b는 본 명세서에 개시된 발명의 예에 따른 타겟(3902 및 3904)의 예시적인 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 도시한다. 제 1 프레임 정보를 처리할 때, 프로세서(3620)는 제 1 FET에 기초하여 제 1 프레임 정보를 처리한다. 저 반사율 표면을 나타내는 어두운 배경으로 둘러싸인 고 반사율 표면을 나타내는 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 생성한다. 이것은 (도 28a의 물체(3902 및 3904)에 대응하는) 제 1 이미지(3912 및 3914)로 도 28b에 도시된다. 프로세서(3620)가 제 1 FET보다 긴 제 2 FET에 기초하여, 제 2 프레임 정보를 처리할 때, 밝은 영역 없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 생성한다. 이것은 (도 28a의 물체(3902 및 3904)에 대응하는) 제 2 이미지(3922 및 3924)로 도 28b에 도시된다.
즉, 고 반사 표면의 더 많은 빛이 제 2 프레임에서 광 검출기의 각 PS에 도달하더라도, 이미지 출력은 더 밝거나 포화되지 않고 더 어두워진다. 프로세서(3620)는 주변 PS(이는 물체의 반사율이 낮은 표면을 캡처하기 때문에 강도가 낮은 신호를 가짐)의 정보를 사용하여 제 2 이미지에서 고 반사율 표면을 나타내는 픽셀에 대해 더 어두운 색상을 결정할 수 있는데, 이는 관련 PS로부터의 신호가 더 긴 제 2 FET에서 사용 불가능한 것으로 결정했기 때문이다. 선택적으로, 프로세서(3620)는 제 2 FET에 기초하여(선택적으로, 또한 방법(2500)과 관련하여 논의된 바와 같이, 각각의 PS의 사용 가능성 모델링에 기초하여) 제 2 이미지를 생성할 때, 고 반사 표면에 대응하는 검출된 광 신호를 폐기하고, 주변 PS에 의해 캡처된 물체의 주변 저 반사율 표면으로부터 검출된 광 강도에 응답하여 제 2 이미지의 적어도 하나의 대응하는 픽셀에 대한 어두운 색상을 계산하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 각각의 PS의 정보를 폐기하도록 하는 프로세서(3620)에 의한 결정은 검출 신호 레벨에 기초하는 것이 아니라, 오히려 암전류(예를 들어, 제한된 커패시턴스)에 대한 개별 PS의 만감성에 기초한다. 선택적으로, 제 2 프레임 정보를 처리할 때, 프로세서(3620)는 예를 들어, 방법(2400)의 식별 단계와 유사하게, 제 2 FET에 기초하여, 고 반사율 표면으로부터의 광을 검출하는 적어도 하나의 PS를 제 2 프레임에 대해 사용 불가능한 것으로 식별할 수 있다.
고 반사율 표면은 저 반사율 표면보다 작을 수 있고 사방에서 저 반사율 표면으로 둘러싸일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 고 반사율 표면은 크기(예를 들어, 각도 크기)가 단일 PS, 하나 미만의 PS에 대응할 수 있지만, 크기가 여러 PS에 대응할 수도 있다. 고 반사율 레벨과 저 반사율 레벨의 차이는 변할 수 있다. 예를 들어, 저 반사율 표면은 0 내지 15 %의 반사율을 가질 수 있는 반면, 고 반사율 표면은 80 내지 100 %의 반사율을 가질 수 있다. 다른 예에서, 저 반사율 표면은 50 내지 55 %의 반사율을 가질 수 있는 반면, 고 반사율 표면은 65 내지 70 %의 반사율일 수 있다. 예를 들어, 고 반사율 표면의 최소 반사율은 저 반사율 표면의 최대 반사율의 x2, x3, x5, x10 또는 x100일 수 있다. 선택적으로, 고 반사율 표면은 PS에 의해 검출 가능한 스펙트럼 범위에서 95 % 이상의 반사율(예컨대, 흰색 표면)을 가지며, 저 반사율 표면은 PS에 의해 검출 가능한 스펙트럼 범위에서 5 % 미만의 반사율(예컨대, 검은색 표면)을 갖는다. 위에서 논의된 바와 같이, FET는 단편화된 시간 범위(예를 들어, 여러 조명 펄스에 대응함) 또는 단일 연속 시간 범위에 대응할 수 있음에 유의해야 한다.
선택적으로, 고 반사율 표면으로부터 제 1 FET와 제 2 FET의 관련 PS에 도달하는 광 신호 레벨의 양은 유사할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이는 검출 광학 장치(3670)의 f-번호를 이에 대응되게 변경하여(예를 들어, 팩터 q 만큼 f 수를 증가시키면서, FET를 팩터 q 만큼 증가시킴으로써), 입사광을 필터링함으로써 달성될 수 있다. 선택적으로, 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제 1 노출 값(EV)은 제 2 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제 2 EV와 1 % 미만 차이가 난다. 선택적으로, FET의 차이는 제 1 프레임과 제 2 프레임 사이의 작동 조건 간의 유일한 주요 차이점이다.
다양한 레벨의 암전류에 대해 사용 가능성 모델을 보정하기 위해 PDA의 온도를 평가하는 것이 위에서 논의되었다. 선택적으로, 프로세서(3620)는 (a) 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안의 광 검출 어레이의 제 1 온도 평가 및 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안의 광 검출 어레이의 제 2 온도 평가를 결정하기 위해, 물체로부터 반사된 검출 신호를 처리하고, (b) 제 2 FET 및 제 2 온도 평가에 기초하여 고 반사 표면에 대응하는 검출 결과를 폐기 결정하도록 추가적으로 구성된다.
도 29는 본 명세서에 개시된 발명의 예들에 따라, PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 방법(3700)을 예시하는 흐름도이다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 방법(3700)은 시스템(3600)에 의해 선택적으로 실행될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 시스템(3600)과 관련하여 위에서 논의된 임의의 변형이 방법(3700)에 준용적으로 적용될 수 있다. 특히, 방법(3700)(및 적어도 단계(3710, 3720, 3730 및 3740))은 프로세서(3620)에 의해 실행될 수 있다.
단계(3710)는 제 1 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 블랙 타겟의 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 것을 포함한다. 흰색 영역은 밝은 영역(또는 다른 반사율이 높은 영역)으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 반사율이 50 %보다 높은 모든 영역이 대신 사용될 수 있다. 검은색 타겟은 어두운 영역(또는 기타 약간 반사되는 영역)으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 반사율이 10 % 미만인 임의의 타겟이 대신 사용될 수 있다.
단계(3720)는 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하기 위해, 제 1 FET에 기초하여 제 1 프레임 정보를 처리하는 것을 포함한다. 선택적으로, 단계(3720)는 방법(2400)의 단계(2406, 2414 및 2422) 중 임의의 것과 관련하여 위에서 논의된 임의의 이미지 생성 프로세스를 사용하여 구현될 수 있다.
단계(3730)는 제 1 FET보다 긴 제 2 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 블랙 타겟의 제 2 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 것을 포함한다.
단계(3740)은 밝은 영역 없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하기 위해, 제 2 FET에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하는 것을 포함한다. 선택적으로, 단계(3740)는 방법(2400)의 단계(2406, 2414, 2422) 및 사용 가능 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, 단계(3720)는 단계(3710) 이후에 실행되고, 단계(3740)는 단계(3730) 이후에 실행된다. 그 외에, 단계들의 임의의 적절한 순서가 사용될 수 있다. 방법(3700)은 또한 선택적으로 PDA를 통해 제 1 프레임 정보 및/또는 제 2 프레임 정보를 캡처하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 제 2 프레임 정보의 수신은 제 1 프레임 정보를 수신한 다음, 제 1 FET보다 긴 제 2 FET를 결정한 후에, 실행될 수 있다. 선택적으로, 제 2 프레임 정보의 처리는 제 2 FET에 기초하여 흰색 영역의 검출된 광 강도 정보를 폐기하고, 제 2 프레임 정보의 인접한 영역의 검출된 광 강도에 응답하여 제 2 이미지의 적어도 하나의 대응 픽셀에 대한 어두운 색을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 2 프레임 정보의 처리는 제 2 FET에 기초하여, 흰색 영역으로부터의 광을 검출하는 적어도 하나의 PS를 제 2 프레임에 대해 사용 불가능한 것으로 식별하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제 1 노출 값(EV)은 제 2 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제 2 EV와 1 % 미만 상이할 수 있다.
선택적으로, 제 1 프레임 노출 시간 동안 저 반사율 데이터와 관련된 PS상의 암전류 축적은 PS에 대해 사용 가능한 동적 범위를 남겨두고, 제 2 프레임 노출 시간 동안 그 PS상의 암전류 축적은 PS에 대해 불충분한 동적 범위를 남긴다. 이 경우, 고 반사 영역에 대응하는 PS는 제 2 이미지에서 이미지 생성에 사용될 수 없으며, 대체 색상 값이 누락된 검출 레벨을 대체하기 위해 계산될 수 있다.
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 PDA의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위해 제공되는데, 이는 프로세서에서 실행될 때, 다음 단계들:(a) 제 1 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 블랙 타겟의 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계; (b) 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하기, 위해 제 1 FET에 기초하여 제 1 프레임 정보를 처리하는 단계; (c) 상기 제 1 FET보다 긴 제 2 FET 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제 2 프레임 정보를 상기 PDA로부터 수신하는 단계; (d) 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하기 위해, 제 2 FET에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하는 단계;를 수행하는 저장된 명령을 포함한다.
이전 단락의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에서 실행될 때, 방법(3700)과 관련하여, 위에서 논의된 임의의 다른 단계 또는 변형을 수행하는 추가 명령을 포함할 수 있다.
상기 개시 내용에서는, 다수의 시스템, 방법 및 컴퓨터 코드 제품은 물론, 고품질 이미지를 전자 광학적으로 캡처하고 생성하기 위해 이들을 이용하는 방법도 기재된다. 특히, 이러한 시스템, 방법 및 컴퓨터 코드 제품은 높은 PD 암전류가 존재할 때 고품질 SWIR 이미지(또는 기타 SWIR 센싱 데이터)를 생성하는 데 활용될 수 있다. 이러한 PD는 Ge PD일 수 있지만, 모든 경우에 그러하지 않다. 이러한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품을 시너지 방식으로 사용하는 일부 방법이 위에서 논의되었으며, 많은 다른 방법이 가능하며, 본 개시 내용의 혁신적인 발명의 일부로 간주된다. 위에서 논의된 임의의 시스템은 더 높은 품질의 결과를 달성하기 위해, 더 효과적이고 비용 효율적인 방식으로 유사한 결과를 달성하기 위해, 또는 임의의 다른 이유로, 위에서 논의된 임의의 하나 이상의 다른 시스템으로부터의 임의의 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 위에서 논의된 임의의 방법은 더 높은 품질의 결과를 달성하기 위해, 더 효과적이고 비용 효율적인 방법으로 유사한 결과를 달성하기 위해, 또는 임의의 다른 이유로, 위에서 논의된 임의의 하나 이상의 다른 방법으로부터의 임의의 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.
아래의 단락에서, 가능한 시너지의 일부를 입증하기 위해 이러한 조합의 비-제한적인 예가 몇몇 제공되었다.
예를 들어, 집적 시간이 암전류 노이즈의 과도한 영향을 극복하기에 충분히 짧은 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 다크 노이즈의 시간 불변(직류, DC) 부분을 감소시키기 위하여, PDD(1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)과 같은 PDD가 수신기(110)에 포함되도록 구현할 수 있다. 이러한 방식으로, PS의 커패시턴스는 검출 신호에 축적되지 않은 암전류의 시간 불변 부분에 의해 압도되지 않고, 암전류의 노이즈가 검출 신호를 가리지 않는다. 임의의 이미징 시스템(100, 100' 및 100")에 임의의 PDD(1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)를 구현하는 것은 의미있는 신호를 여전히 검출하는 동안, 프레임 노출 시간을 눈에 띄는 정도로 연장하는 데 사용될 수 있다(이는 암전류의 DC 부분은 커패시턴스에 축적되지 않기 때문임).
예를 들어, 집적 시간이 암전류 노이즈의 과도한 영향을 극복하기에 충분히 짧게 설정되는 이미징 시스템(100, 100' 및 100")은 임의의 하나 이상의 방법(2400, 2500 및 3500)을 구현함으로써, 어떤 PS가 해당 프레임 노출 시간에 사용 가능한지를 결정하며, 충분한 수의 PS가 사용 가능한지 추가적으로 확인하기 위해 (통합시간에 대응하는) 프레임 노출 시간을 훨씬 더 줄일 수 있게 한다. 마찬가지로, 주어진 FET에서 판독 노이즈과 예상 축적 암전류 노이즈 레벨 간의 예상 비율 및 이러한 FET에서 다른 PS의 예상 사용 가능성은 검출된 신호의 품질간 균형, 사용 가능한 픽셀의 양 및 광원(예컨대, 레이저(600))으로부터 요구되는 조명 레벨을 설정하는데 컨트롤러에 의해 사용될 수 있다. 상이한 FET에서의 사용 가능성 모델은 또한 적용 가능한 경우, 이미징 시스템(100, 100' 및 100")에 의해 생성된 게이트된 이미지의 거리 범위를 결정하는데 사용될 수 있다. 임의의 PDD(1300), 1300', 1600, 1600', 1700, 1800)를 이러한 이미징 시스템의 센서로 추가적으로 포함시키면, 이전 단락에서 설명한 이점을 추가시킬 것이다.
예를 들어, 임의의 하나 이상의 방법(2400, 2500 및 3500)은 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 암전류 축적 영향의 감소는 더 긴 FET의 이용을 가능하게 한다. 상대적으로 긴 FET에서 일시적으로 사용 불가능한 PS를 결정하는 것은 시스템(1900)(또는, 언급된 PDD 중 하나를 갖는 다른 EO 시스템)이 그러한 PS를 폐기하고, 선택적으로 검출 출력을 주변 PS의 데이터로 대체할 수 있도록 하기 때문에, 임의의 방법을 구현하는 것은 더 긴 가능한 FET를 용이하게 하는 데 사용될 수 있다.
전술한 방법의 일부 단계는 또한 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이는 적어도 컴퓨터 시스템과 같은 프로그램 가능한 장치에서 실행될 때 관련 방법의 단계를 수행하기 위한 코드 부분을 포함다. 하거나, 또는 프로그램 가능 장치가 본 개시 내용에 따른 장치 또는 시스템의 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이러한 방법은 또한 컴퓨터가 본 개시 내용에 따른 방법의 단계를 실행하게 하는 코드 부분을 적어도 포함하는, 컴퓨터 시스템상에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 특정 응용 프로그램 및/또는 운영 체제와 같은 명령어 목록이다. 컴퓨터 프로그램은 예를 들어, 서브 루틴, 함수, 프로시저, 메소드, 구현, 실행 가능한 애플리케이션, 애플릿, 서블릿, 소스 코드, 코드, 공유 라이브러리/동적 로드 라이브러리 및/또는 컴퓨터 시스템에서 실행하도록 설계된 기타 명령 시퀀스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
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, 제한없이, 다음을 포함할 수 있다: 디스크 및 테이프 저장 매체를 포함하는 자기 저장 매체; 컴팩트 디스크 매체(예컨대, CD ROM, CD R 등) 및 디지털 비디오 디스크 저장 매체와 같은 광학 저장 매체; 플래시 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(실행중인) 프로그램 또는 프로그램의 일부, 현재 프로그램 값 및 상태 정보, 그리고 프로세스의 실행을 관리하기 위해 운영 체제에 의해 사용되는 리소스를 포함한다. 운영 체제(OS)는 컴퓨터의 리소스 공유를 관리하고 프로그래머에게 이러한 리소스에 액세스하는 데 사용되는 인터페이스를 제공하는 소프트웨어이다. 운영 체제는 시스템 데이터 및 사용자 입력을 처리하고, 시스템의 사용자 및 프로그램에 대한 서비스로 작업 및 내부 시스템 리소스를 할당 및 관리하여 응답한다.
컴퓨터 시스템은 예를 들어, 적어도 하나의 처리 유닛, 관련 메모리 및 다수의 입력/출력(I/O) 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램을 실행할 때, 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 프로그램에 따라 정보를 처리하고, I/O 장치를 통해 결과적인 출력 정보를 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, 묵시적이거나 달리 언급되지 않는 한, 연결은 예를 들어 직접 연결 또는 간접 연결일 수 있다. 연결은 단일 연결, 복수의 연결, 단방향 연결 또는 양방향 연결인 것으로 예시되거나 설명될 수 있다. 그러나, 다른 실시 예는 연결의 구현을 변경할 수 있다. 예를 들어, 양방향 연결보다는 별도의 단방향 연결을 사용할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, 복수의 연결은 여러 신호를 직렬로 또는 시간 다중 방식으로 전송하는 단일 연결로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 다중 신호를 전달하는 단일 연결은 이러한 신호의 서브세트를 전달하는 다양한 다른 연결로 분리될 수 있다. 따라서, 신호 전송을 위한 많은 옵션이 있다.
선택적으로, 예시된 예는 단일 집적 회로 또는 동일한 장치 내에 위치한 회로로 구현될 수 있다. 대안적으로, 예는 적절한 방식으로 서로 상호 연결된 임의의 수의 개별 집적 회로 또는 개별 장치로서 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.
기타 수정, 변경 및 대안도 가능하다. 따라서, 사양 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 개시 내용의 특정 특징이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 많은 수정, 대체, 변경 및 등가물이 당업자에게 일어날 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 개시 내용의 진정한 기술 사상 범위내에 있는 이러한 모든 수정 및 변경을 포함하도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 위에서 설명된 실시 예는 예로서 인용되었으며, 이들의 다양한 특징 및 이들 특징의 조합이 변경 및 수정될 수 있음을 이해할 것이다. 다양한 실시 예가 도시되고 설명되었지만, 그러한 개시 내용에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니라, 첨부된 청구범위에 정의되는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에 속하는 모든 수정 및 대안적 구성을 포괄하도록 의도된 것임을 이해할 것이다.
본 출원의 청구범위 또는 명세서에서, 달리 언급되지 않는 한, 실시 예의 특징 또는 특징들의 조건 또는 관계 특징을 수정하는 "실질적으로" 및 "약"과 같은 형용사는 그 조건 또는 특징이 의도된 애플리케이션에 대한 실시 예의 작동에 허용되는 허용 오차 내에 있는 것으로 정의됨을 의미하는 것으로 이해된다. 청구범위 또는 명세서가 "하나의" 요소를 지칭하는 경우, 그러한 참조는 그 요소 중 하나만이 존재하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
모든 특허 출원, 백서 및 기타 공개적으로 이용 가능한 데이터는 본 개시 내용의 양수인인 이스라엘, 텔아비브 소재, 트리아이 리미티드(TriEye LTD)에 의해 공표되었으며, 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 본 명세서에서 언급된 어떠한 참고 문헌도 선행 기술로 인정되지 않는다.

Claims (92)

  1. 능동형 단파 적외선(SWIR) 이미징 시스템으로서,
    타겟을 향해 SWIR 복사 펄스를 방출하도록 작동하는 펄스 조명원으로서, 상기 복사 펄스는 상기 타겟에 충돌하여 타겟으로부터 반사된 SWIR 복사 펄스를 발생시키고;
    상기 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 복수의 게르마늄(Ge) 포토다이오드(PD)를 포함하는 이미징 수신기로서, 상기 이미징 수신기는 각각의 Ge PD에 대하여, 각각의 Ge PD에 충돌하여 반사된 SWIR 복사를 나타내는 각각의 검출 신호, 50μA/cm²보다 큰 암전류, 시간 의존적 암전류 노이즈 및 시간 독립적 판독 노이즈를 생성하고; 및
    축적된 암전류 노이즈가 시간 독립적 판독 노이즈를 초과하지 않는 집적 시간 동안, 상기 이미징 수신기의 동작을 제어하도록 작동하는 컨트롤러;
    를 포함하는 능동형 단파 적외선(SWIR) 이미징 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 집적 시간 이후에, 각각의 검출 신호를 제공하기 위해 각각의 Ge PD에 의해 수집된 전하 축적을 판독하기 위한 판독 회로를 더 포함하는 능동형 SWIR 이미징 시스템.
  3. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 수신기는 집적 시간 동안 복수의 Ge PD 각각에 의해 축적된 전하를 나타내는 각각의 검출 신호 세트를 출력하고, 여기서 상기 검출 신호 세트는 적어도 하나의 SWIR 복사 펄스에 의해 조명된 타겟의 이미지를 나타내는 능동형 SWIR 이미징 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 광을 방출하기 전에, 펄스 조명원의 광의 조명 균일성을 개선하도록 작동하는 적어도 하나의 회절 광학 소자(DOE)를 포함하는 능동형 SWIR 이미징 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 일련의 게이트된 이미지를 순차적으로 획득하기 위해 상기 이미징 수신기를 동작시키도록 작동하고, 상기 게이트된 이미지 각각은 상이한 거리 범위에서 상이한 Ge PD의 각각의 검출 신호를 나타내고, 상기 능동형 SWIR 이미징 시스템은 일련의 이미지를 단일 2 차원 이미지로 결합하도록 작동하는 이미지 프로세서를 더 포함하는 능동형 SWIR 이미징 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 능동형 SWIR 이미징 시스템은 50m 이상의 거리에서 20 %의 SWIR 반사율로 1m x 1m 타겟을 검출하도록 작동하는 비냉각 Ge-기반 SWIR 이미징 시스템인 능동형 SWIR 이미징 시스템.
  7. 전자 광학 시스템의 시야(FOV)에 있는 대상물의 단파 적외선(SWIR) 이미지를 생성하는 방법으로서,
    FOV를 향해 적어도 하나의 조명 펄스를 방출하여, 적어도 하나의 타겟으로부터 반사된 SWIR 복사를 발생시키는 단계;
    상기 반사된 SWIR 복사를 검출하도록 작동하는 복수의 게르마늄(Ge) 포토다이오드(PD)를 포함하는 이미징 수신기에 의해 연속적인 신호 획득의 개시를 트리거링하는 단계;
    트리거링의 결과로서, 각각의 Ge PD에 대해, 적어도 각각의 Ge PD에 대한 SWIR 반사 복사의 충돌, 50μA/cm²보다 큰 암전류, 집적-시간 의존적 암전류 노이즈 및 집적-시간 독립적 판독 노이즈로부터 발생하는 전하를 수집하는 단계;
    암전류 노이즈의 결과로서 수집된 전하량이 집적-시간 독립적 판독 노이즈의 결과로서 수집된 전하량보다 여전히 낮을 때, 전하 수집의 중단을 트리거링하는 단계; 및
    각각의 Ge PD에 의해 수집된 전하 레벨에 기초하여 FOV의 이미지를 생성하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 수집의 중단 이후에, 각각의 Ge PD에 의해 수집된 전하량과 상관된 신호를 판독 회로에 의해 판독하고, 판독된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 이미지 프로세서에 제공하여 이미지 생성을 수행하는 방법.
  9. 제 7 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 Ge PD에 의해 출력되는 신호는 20m로부터 반사된 광량, 40m로부터 반사된 광량 및 60m로부터 반사된 광량을 나타내는 스칼라 값인 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 생성 단계는 각각의 Ge PD에 대해 판독된 스칼라 값에 기초하여 이미지를 생성하는 것을 포함하는 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출, 트리거링, 수집 및 중단의 시퀀스를 여러 번 반복하는 단계; 모든 시퀀스에서 빛의 방출과 상이한 시간에 획득을 트리거링하는 단계; 및 각각의 시퀀스에서, 2m보다 넓은 상이한 거리 범위에 대응하는 각각의 Ge PD에 대한 검출 값을 이미징 수신기로부터 판독하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 이미지 생성 단계는 상이한 시퀀스에서 상이한 Ge PD로부터 판독된 검출 값에 기초하여 단일 2 차원 이미지를 생성하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 수신기가 30 ℃ 이상의 온도에서 작동할 때 상기 수집을 실행하고, 50m와 150m 사이의 복수 범위에서 복수의 차량과 복수의 보행자를 검출하기 위해 상기 FOV의 이미지를 처리하는 것을 포함하는 방법.
  13. 수동형 Q-스위치 레이저를 포함하는 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템으로서,
    상기 수동형 Q-스위치 레이저는,
    세라믹 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)을 포함하는 이득 매질 결정질(GMC) 물질을 포함하는 이득 매질(GC);
    상기 이득 매질에 견고하게 커플링된 포화 흡수체(SA)로서, 상기 SA는 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 2가 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 세라믹 물질의 군으로부터 선택된 세라믹 포화 흡수체 결정질(SAC) 물질을 포함하는 포화 흡수체(SA); 및
    상기 이득 매질 및 포화 흡수체가 위치하는 광학 캐비티로서, 상기 광학 캐비티는 고 반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하는 광학 캐비티;
    를 포함하는 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 SAC 물질은 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG)인 SWIR 광학 시스템.
  15. 수동형 Q-스위치 레이저를 포함하는 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템으로서,
    상기 수동형 Q-스위치 레이저는,
    세라믹 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)을 포함하는 이득 매질 결정질 물질을 포함하는 이득 매질;
    상기 이득 매질에 견고하게 커플링된 포화 흡수체로서, 상기 포화 흡수체는 (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 세라믹 물질 그룹으로부터 선택된 비세라믹 포화 흡수체 결정질 물질을 포함하는 포화 흡수체; 및
    상기 이득 매질 및 상기 포화 흡수체가 위치하는 광학 캐비티로서, 상기 광학 캐비티는 고 반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하고;
    여기서, 상기 고 반사율 미러 및 상기 출력 커플러는 상기 수동형 Q-스위치 레이저가 모놀리식 마이크로칩 수동형 Q-스위치 레이저가 되도록, 상기 이득 매질 및 상기 포화 흡수체에 견고하게 커플링 SWIR 광학 시스템.
  16. 수동형 Q-스위치 레이저를 포함하는 단파 적외선(SWIR) 광학 시스템으로서,
    상기 수동형 Q-스위치 레이저는,
    세라믹 네오디뮴이 도핑된 희토류 원소 결정을 포함하는 세라믹 이득 매질 결정질(GMC) 물질을 포함하는 이득 매질;
    상기 이득 매질에 견고하게 커플링되는 포화 흡수체(SA)로서, 상기 SA는 (a) 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 (b) 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 도핑된 결정질 물질 그룹으로부터 선택된 세라믹 포화 흡수체 결정질(SAC) 물질을 포함하고; 및
    상기 이득 매질 및 상기 SA가 위치하는 광학 캐비티로서, 상기 광학 캐비티는 고 반사율 미러 및 출력 커플러를 포함하는 광학 캐비티;
    를 포함하는 SWIR 광학 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 희토류 원소는 이트륨인 SWIR 광학 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 세라믹 네오디뮴이 도핑된 희토류 원소 결정질 물질은 YLF 및 YVO4로 구성된 그룹으로부터 선택되는 SWIR 광학 시스템.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고 반사율 미러 및 출력 커플러는 상기 P-QS 레이저가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, 상기 이득 매질 및 상기 SA에 견고하게 커플링되는 SWIR 광학 시스템.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 매질의 흡수 영역에 열이 축적되는 것을 방지하기 위해, 상기 이득 매질 및 상기 SA에 추가하여 도핑되지 않은 YAG를 더 포함하는 SWIR 광학 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 도핑되지 않은 YAG는 상기 이득 매질 및 상기 SA를 둘러싸는 실린더로서 형상화되는 SWIR 광학 시스템.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GMC 물질 및 SAC 물질 중 적어도 하나는 다결정질인 SWIR 광학 시스템.
  23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GMC 및 SAC 물질 모두 다결정질인 SWIR 광학 시스템.
  24. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고 반사율 미러 및 출력 커플러는 P-QS 레이저가 모놀리식 마이크로칩 P-QS 레이저가 되도록, 상기 이득 매질 및 SA에 견고하게 커플링되는 SWIR 광학 시스템.
  25. 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GMC 물질은 네오디뮴-도핑된 이트륨 오르토바나데이트(Nd:YVO4)인 SWIR 광학 시스템.
  26. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 SAC 물질은 코발트 도핑된 스피넬(Co2+:MgAl2O4)인 SWIR 광학 시스템.
  27. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 SAC 물질은 Co2+:YAG인 SWIR 광학 시스템.
  28. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 SAC 물질은 코발트 도핑된 셀렌화 아연(Co2+:ZnSe)인 SWIR 광학 시스템.
  29. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GMC 물질은 세라믹 코발트 도핑된 결정질 물질인 SWIR 광학 시스템.
  30. 제 16 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 매질 및 상기 SA는 네오디뮴 및 적어도 하나의 다른 물질로 도핑된 단일 피스의 결정질 물질 상에 구현되는 SWIR 광학 시스템.
  31. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 SA의 초기 투과율(T0)이 78 % 내지 82 %인 SWIR 광학 시스템.
  32. 수동형 Q-스위치(P-QS) 레이저용 부품을 제조하는 방법으로서,
    적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 몰드에 삽입하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제 1 분말을 제 1 몰드에서 압축하여, 제 1 성형체를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제 1 분말과 상이한 적어도 하나의 제 2 분말을 제 2 몰드에 삽입하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제 2 분말을 제 2 몰드에서 압축하여, 제 2 성형체를 생성하는 단계;
    상기 제 1 성형체를 가열하여, 제 1 결정질 물질을 생성하는 단계;
    상기 제 2 성형체를 가열하여, 제 2 결정질 물질을 생성하는 단계; 및
    상기 제 2 결정질 물질을 제 1 결정질 물질에 커플링하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제 1 결정질 물질 및 제 2 결정질 물질 중 하나는 네오디뮴 도핑된 결정질 물질이며, P-QS 레이저를 위한 이득 매질이고,
    상기 제 1 결정질 물질 및 제 2 결정질 물질 중 다른 하나는 P-QS 레이저를 위한 포화 흡수체(SA)이고, 네오디뮴 도핑된 결정질 물질 및 도핑된 결정질 물질로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료이고, 여기서 상기 도핑된 결정질 물질은 3가 바나듐 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(V3+:YAG) 및 코발트 도핑된 결정질 물질로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 상기 이득 매질 및 SA 중 적어도 하나는 세라믹 결정질 물질인 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 제 1 몰드는 상기 제 2 몰드와 상이한 방법.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 제 1 몰드 및 상기 제 2 몰드는 동일한 몰드인 방법.
  35. 제 32 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 성형체의 가열은 상기 적어도 하나의 제 2 분말의 압축에 선행하고, 여기서 상기 이득 매질 및 SA 둘 모두가 다결정질 물질인 방법.
  36. 제 32 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 성형체의 가열 및 상기 제 2 성형체의 가열은 단일 오븐에서의 제 1 성형체 및 제 2 성형체의 동시 가열을 포함하고, 여기서 상기 이득 매질 및 SA 둘 모두는 다결정질 물질인 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 커플링은 상기 단일 오븐의 가열 결과인 방법.
  38. 광 검출 장치(PDD)로서,
    능동 포토다이오드(PD)를 포함하는 능동 포토사이트(PS);
    레퍼런스 PD를 포함하는 레퍼런스 PS;
    전압 제어 전류원 또는 전압 제어 전류 싱크로 구성되고, 상기 능동 PD에 연결된 제 1 전압 제어 전류 회로; 및
    상기 능동 전압 제어 전류 회로 및 상기 레퍼런스 PS에 커플링된 제어 전압 생성 회로로서, 상기 능동 PS의 출력에서 능동 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 상기 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하는 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하는 데 사용되는 제어 전압 생성 회로;
    를 포함하는 광 검출 장치(PDD).
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 제어 전압 생성 회로는 상기 제어 전압을 제공하기 위한 증폭기를 포함하는 PDD.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 PDD는 전압 제어 전류원 또는 전압 제어 전류 싱크로 구성된 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 상기 레퍼런스 전압 제어 전류 회로는 상기 레퍼런스 PD에 커플링되고, 상기 증폭기의 제 1 입력에는 제 1 입력 전압이 공급되고, 증폭기의 제 2 입력은 상기 레퍼런스 PD와 상기 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에 전기적으로 커플링되는 PDD.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 제 1 전압 제어 전류 회로 및 상기 레퍼런스 전압 제어 전류 회로는 상기 증폭기의 출력에 커플링되고, 상기 증폭기는 상기 레퍼런스 전압 제어 회로의 출력과 상기 제 1 입력 전압 사이의 차이를 연속적으로 감소시켜, 제어 전압을 생성하는 PDD.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 PDD는,
    복수의 능동 PS로서, 각각의 능동 PS는 능동 PD를 포함하고;
    복수의 레퍼런스 PS로서, 각각의 레퍼런스 PS는 복수의 레퍼런스 PD를 포함하고;
    복수의 제 1 전압 제어 전류 회로로서, 각각의 제 1 전압 제어 전류 회로는 능동 PD 중 적어도 하나에 커플링되고,
    복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로로서, 각각의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로는 레퍼런스 PD 중 적어도 하나에 커플링되고,
    증폭기의 제 2 입력은 각각의 레퍼런스 PD에 전기적으로 커플링되고, 제어 전압은 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로 각각에 공급되는 PDD.
  43. 제 42 항에 있어서, 상이한 능동 PD는 동시에 상이한 레벨의 암전류를 생성하고, 상이한 레퍼런스 PD는 동시에 상이한 레벨의 암전류를 생성하고, 상기 제어 전압 생성 회로는 레퍼런스 PD의 상이한 암전류의 평균에 기초하여, 동일한 제어 전압을 상이한 능동 PD에 제공하는 PDD.
  44. 제 38 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PDD는 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로는 복수의 능동 PS 각각에 집합적으로 커플링된 적어도 하나의 전압 제어 전류원 및 복수의 능동 PS 각각에 집합적으로 커플링된 적어도 하나의 전압 제어 전류 싱크를 포함하고;
    상기 제어 전압 생성 회로는,
    복수의 능동 PS에 제 1 제어 전압을 첫번째 제공하기 위해 적어도 하나의 전압 제어 전류원에 커플링된 제 1 증폭기,
    복수의 능동 PS에 제 2 제어 전압을 두번째 제공하기 위해 적어도 하나의 전압 제어 전류 싱크에 커플링된 제 2 증폭기, 및
    제 1 제어 전압의 제공과 제 2 제어 전압의 제공 사이에서 선택하기 위한 스위칭 회로를 포함하는 PDD.
  45. 제 40 항, 제 41 항, 제 42 항 및 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 입력 전압을 제공하기 위한 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 제 1 입력 전압은 상기 능동 PD 상의 바이어스에 대응하여 결정되는 레벨을 갖는 PDD.
  46. 제 38 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, PDD의 시야로부터의 광이 레퍼런스 PD에 도달하는 것을 방지하는 물리적 장벽을 추가로 포함하는 PDD.
  47. 제 38 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 능동 PS로서, 각각이 능동 PD를 포함하고,
    복수의 레퍼런스 PS로서, 각각이 복수의 레퍼런스 PD를 포함하고,
    복수의 제 1 전압 제어 전류 회로로서, 각각이 능동 PD 중 적어도 하나에 커플링되고, 및
    복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로로서, 각각이 레퍼런스 PD 중 적어도 하나에 커플링되고,
    를 포함하고,
    PDD가 제 1 온도에서 작동할 때, 제어 전압 생성 회로는 능동 PS의 출력에서 능동 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 복수의 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하여 제 1 레벨에서 전류를 제공하도록, 제 1 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고,
    PDD가 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에서 작동할 때, 제어 전압 생성 회로는 능동 PS의 출력에서 능동 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 복수의 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하여 제 2 레벨에서 전류를 제공하도록, 제 2 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고, 여기서 상기 제 2 레벨은 상기 제 1 레벨보다 크기가 더 큰 PDD.
  48. 제 38 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 능동 PS로서, 각각이 능동 PD를 포함하고,
    복수의 레퍼런스 PS로서, 각각이 복수의 레퍼런스 PD를 포함하고,
    복수의 제 1 전압 제어 전류 회로로서, 각각이 능동 PD 중 적어도 하나에 커플링되고,
    복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로로서, 각각이 레퍼런스 PD 중 적어도 하나에 커플링되고,
    PDD의 시야로부터의 광을 복수의 PS로 지향시키는 광학 장치;
    능동 PS, 레퍼런스 PS 및 증폭기에 전력을 제공하기 위한 전원;
    능동 PS의 검출 신호에 응답하여 검출 정보를 제공하기 위한 판독 회로;
    시야 내의 적어도 대상물의 이미지를 제공하기 위해 검출 정보를 처리하는 프로세서; 및
    검출 정보 및 검출 신호 중 적어도 하나를 저장하기 위한 메모리 모듈;
    을 포함하는 PDD.
  49. 광 검출 장치(PDD)에서 암전류의 영향을 감소시키는 방법으로서,
    PDD가 제 1 온도에서 작동하는 경우,
    PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제 1 제어 전압을 결정하는 단계;
    PDD의 능동 PS의 적어도 하나의 능동 PD에 커플링된 제 1 전압 제어 전류 회로에 제 1 제어 전압을 제공하여, 제 1 전압 제어 전류 회로가 능동 PS에서 제 1 암전류 카운터링 전류를 부과하게 하는 단계;
    (a) PDD의 시야에서 대상물에서 발생하는 능동 PD의 광 충돌 및 (b) 능동 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 능동 PD에 의해 제 1 검출 전류를 생성하는 단계;
    상기 제 1 검출 전류 및 상기 제 1 암전류 카운터링 전류에 응답하여, 상기 제 1 검출 전류보다 크기가 작은 제 1 검출 신호를 상기 능동 PS에 의해 출력하여, 상기 제 1 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 보상하는 단계;
    PDD가 상기 제 1 온도보다 적어도 10 ℃ 높은 제 2 온도에서 작동하는 경우,
    PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제 2 제어 전압을 결정하는 단계;
    제 2 제어 전압을 제 1 전압 제어 전류 회로에 제공하여, 제 1 전압 제어 전류 회로가 능동 PS에서 제 2 암전류 카운터링 전류를 부과하게 하는 단계;
    대상물에서 발생하는 능동 PD의 광 충돌 및 능동 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 능동 PD에 의해 제 2 검출 전류를 생성하는 단계; 및
    제 2 검출 전류 및 제 2 암전류 카운터링 전류에 응답하여, 제 2 검출 전류보다 크기가 작은 제 2 검출 신호를 상기 능동 PS에 의해 출력하여, 상기 제 2 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 보상하는 단계;
    를 포함하고,
    제 2 암전류 카운터링 전류의 크기는 제 1 암전류 카운터링 전류의 크기보다 적어도 2 배 더 큰 방법.
  50. 제 49 항에 있어서, 제 1 암전류 카운터링 전류가 생성되는 제 1 시간 동안 능동 PD에 충돌하는 대상물로부터의 제 1 복사 레벨은 제 2 암전류 카운터링 전류가 생성되는 제 2 시간 동안 능동 PD에 충돌하는 대상물로부터의 제 2 복사 레벨과 실질적으로 동일하고, 제 2 검출 신호의 크기는 제 1 검출 신호의 크기와 실질적으로 동일한 방법.
  51. 제 49 항 및 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 전압의 결정 및 상기 제 2 제어 전압의 결정은 레퍼런스 PD 및 상기 레퍼런스 PD에 커플링된 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에, 전기적으로 커플링된 입력을 갖는 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 제어 전압 생성 회로에 의해 실행되는 방법.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 능동 PD상의 바이어스에 대응하여 레벨이 결정되는 제 1 입력 전압을 상기 증폭기의 다른 입력에 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 공급 단계는 상기 레퍼런스 PD상의 바이어스가 상기 능동 PD상의 바이어스와 실질적으로 동일하도록, 상기 제 1 입력 전압을 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 PDD의 복수의 레퍼런스 PD의 상이한 암전류에 기초하여, 상기 제 1 제어 전압 및 상기 제 2 제어 전압을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 제어 전압을 제공하는 단계는 상이한 암전류를 갖는 PDD의 복수의 능동 PD 중 적어도 하나의 능동 PD에 각각 커플링된 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로에 동일한 제 1 제어 전압을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 제어 전압을 제공하는 단계는 복수의 능동 PD가 아직 상이한 암전류를 가질 때, 복수의 제 1 전압 제어 전류 회로에 동일한 제 2 제어 전압을 복수에 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  55. 광 검출 장치(PDD)를 테스트하는 방법으로서,
    제어 전압 생성 회로의 증폭기의 제 1 입력에 제 1 전압을 제공하며, 증폭기의 제 2 입력은 레퍼런스 PD 및 증폭기의 출력 전압에 응답하여 결정된 레벨로 전류를 공급하는 제 2 전류 회로에 커플링되어, 증폭기가 상기 PDD의 PS의 제 1 전류 회로에 대한 제 1 제어 전압을 생성하게 하는 단계;
    상기 제 1 전류 회로에 의해 생성된 전류에 응답하여 생성된 PS의 제 1 출력 신호를 판독하는 단계;
    상기 증폭기의 제 1 입력에 상기 제 1 전압과 상이한 제 2 전압을 제공하여, 상기 증폭기가 상기 제 1 전류 회로에 대한 제 2 제어 전압을 생성하게 하는 단계;
    상기 제 1 전류 회로에 의해 생성된 전류에 응답하여 생성된 PS의 제 2 출력 신호를 판독하는 단계; 및
    제 1 출력 신호 및 제 2 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 단계로서, 상기 검출 경로는 PS 및 상기 PS와 관련된 판독 회로를 포함하고;
    를 포함하는 방법.
  56. 제 55 항에 있어서, 각각의 PS의 증폭기에 제공된 적어도 2 개의 상이한 전압에 응답하는 적어도 2 개의 출력 신호를 PDD의 복수의 PS 중 각각으로부터 판독하는 단계, 각각의 제 1 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 PS에 의해 출력된 적어도 2 개의 출력 신호에 기초하여, 작동 상태를 적어도 하나의 제 1 검출에 대해 결정하는 단계, 및 각각의 제 2 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 다른 PS에 의해 출력된 적어도 2 개의 출력 신호에 기초하여, 오작동 상태를 적어도 하나의 제 2 검출 경로에 대해 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  57. 제 55 항 및 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전압은 상기 증폭기가 제 1 제어 전압을 생성하게 하여, 상기 제 1 전류 회로가 상기 PS를 포화시키도록 하고; 상기 결함 상태를 결정하는 단계는 제 1 출력 신호가 포화되지 않았다는 결정에 응답하여 검출 경로가 오작동하고 있다고 결정하는 것을 포함하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 제 1 출력 신호의 판독은 상기 PDD의 제 1 검출 프레임 동안 상기 PS가 주변 광에 노출되면서 실행되고, 상기 오작동 상태의 결정은 제 1 프레임보다 빠른 제 2 검출 프레임에서 포화된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여 상기 검출 경로가 작동하는 것을 미리 결정한 후에 실행되는 방법.
  59. 제 55 항 및 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 전압은 상기 증폭기가 제 2 제어 전압을 생성하게 하여, 상기 제 1 전류 회로가 상기 PS에 충돌하는 시야 광으로부터 발생하는 검출 신호를 고갈시키도록 하고, 상기 결함 상태를 결정하는 단계는 제 2 출력 신호가 고갈되지 않았다는 결정에 응답하여 검출 경로가 오작동하고 있다고 결정하는 것을 포함하는 방법.
  60. 제 59 항에 있어서, 상기 제 2 출력 신호의 판독은 상기 PDD의 제 3 검출 프레임 동안 상기 PS가 주변 광에 노출되면서 실행되고, 상기 오작동 상태의 결정은 제 3 프레임보다 빠른 제 4 검출 프레임에서 고갈된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여 상기 검출 경로가 작동하는 것을 미리 결정한 후에 실행되는 방법.
  61. 이미지를 생성하기 위한 시스템으로서,
    모든면에서 저 반사율 표면으로 둘러싸인 고 반사율 표면을 포함하는 대상물의 다중 검출 결과를 광 검출기 어레이(PDA)로부터 수신하고, 상기 다중 검출 결과는 제 1 프레임 노출 시간 동안 PDA에 의해 검출된 대상물의 제 1 프레임 정보 및 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간 동안 상기 PDA에 의해 검출된 대상물의 제 2 프레임 정보를 포함하고;
    저 반사율 표면을 나타내는 어두운 배경으로 둘러싸인, 고 반사율 표면을 나타내는 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하기 위해 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 제 1 프레임 정보를 처리하고; 및
    제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하여, 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하도록,
    구성된 프로세서를 포함하는 시스템.
  62. 제 61 항에 있어서, PDA 및 적어도 제 1 프레임 노출 시간 및 제 2 프레임 노출 시간 동안 대상물을 조명하기 위한 조명원을 더 포함하는 시스템.
  63. 제 61 항 및 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 광학 시스템의 시야에서 대상물의 상이한 조명 레벨에 기초하여, 상이한 프레엠에 대한 상이한 프레임 노출 시간을 결정하기 위한 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 상이한 프레임 노출 시간은 제 2 프레임 노출 시간을 포함하는 시스템.
  64. 제 61 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 제 2 이미지를 생성할 때, 고 반사율 표면에 대응하는 검출된 광 신호를 폐기하고, 주변 PS에 의해 캡처된 대상물의 주변 저 반사율 표면으로부터 검출된 광 강도에 응답하여 제 2 이미지의 적어도 하나의 대응 픽셀에 대하여 어두운 색을 계산하도록 구성되는 시스템.
  65. 제 61 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 프레임 정보를 처리하기 위한 구성은 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여, 고 반사율 표면으로부터 광을 검출하는 적어도 하나의 PS를 상기 제 2 프레임에 대해 사용 불가능한 것으로 식별하기 위한 구성을 포함하는 시스템.
  66. 제 61 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제 1 노출 값(EV)은 제 2 프레임 정보를 캡처하는 동안 PDA의 제 2 EV과 1 % 미만 상이한 시스템.
  67. 제 61 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안 광 검출 어레이의 제 1 온도 평가 및 및 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안 광 검출 어레이의 제 2 온도 평가를 결정하기 위해, 대상물로부터 반사된 검출 신호를 처리하고, 제 2 프레임 노출 시간 및 제 2 온도 평가에 기초하여 고 반사율 표면에 대응하는 검출 결과를 폐기하는 것을 결정하도록 추가로 구성되는 시스템.
  68. 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법으로서,
    제 1 프레임 노출 시간 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 고 반사 영역을 포함하는 저 반사 타겟의 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계;
    상기 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 제 1 프레임 정보를 처리하여, 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하는 단계;
    상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간 동안 상기 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 고 반사 영역을 포함하는 저 반사 타겟의 제 2 프레임 정보를 상기 PDA로부터 수신하는 단계; 및
    제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하여 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  69. 제 68 항에 있어서, 상기 제 2 프레임 정보의 수신은 상기 제 1 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 상기 제 2 프레임 노출 시간을 결정한 다음 실행되는 방법.
  70. 제 68 항 및 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 프레임 정보의 처리는 상기 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 고 반사 영역의 검출된 광 강도 정보를 폐기하는 단계 및 제 2 프레임 정보의 주변 영역의 검출된 광 강도에 응답하여 제 2 이미지의 적어도 하나의 대응 픽셀에서 어두운 색을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  71. 제 68 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 프레임 정보의 처리는 상기 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 흰색 영역으로부터 광을 검출하는 적어도 하나의 PS를 상기 제 2 프레임에 대해 사용 불가능한 것으로 식별하는 단계를 포함하는 방법.
  72. 제 68 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 프레임 정보를 캡처하는 동안 상기 PDA의 제 1 노출 값(EV)은 상기 제 2 프레임 정보를 캡처하는 동안 상기 PDA의 제 2 EV와 1 % 미만 상이한 방법.
  73. 제 68 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 프레임 노출 시간 동안, 저 반사율 데이터와 관련된 PS상의 암전류 축적은 PS에 대해 사용 가능한 동적 범위를 남기고, 상기 제 2 프레임 노출 시간 동안, PS상의 암전류 축적은 PS에 대해 불충분한 동적 범위를 남기는 방법.
  74. 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 프로세서에서 실행될 때,
    제 1 프레임 노출 시간 동안 PDA에 의해 검출된 타겟의 상이한 부분의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제 1 프레임 정보를 PDA로부터 수신하는 단계;
    상기 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 제 1 프레임 정보를 처리하여, 어두운 배경으로 둘러싸인 밝은 영역을 포함하는 제 1 이미지를 제공하는 단계;
    상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간 동안 상기 PDA에 의해 검출된 상기 타겟의 상이한 부분들의 광 강도를 나타내는, 흰색 영역을 포함하는 검은색 타겟의 제 2 프레임 정보를 상기 PDA로부터 수신하는 단계; 및
    제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 제 2 프레임 정보를 처리하여, 밝은 영역없이 어두운 배경을 포함하는 제 2 이미지를 제공하는 단계;
    를 수행하는 저장된 명령을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  75. 제 74 항에 있어서, 프로세서에서 실행될 때, 상기 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 상기 흰색 영역의 검출된 광 강도 정보를 폐기하는 단계 및 상기 제 2 프레임 정보의 주변 영역의 검출된 광 강도에 응답하여 상기 제 2 이미지의 적어도 하나의 대응 픽셀에서 어두운 색을 결정하는 단계를 포함하도록, 상기 제 2 프레임 정보의 처리 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  76. 제 74 항 및 제 75 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서에서 실행될 때, 제 2 프레임 노출 시간을 기초하여 흰색 영역으로부터 광을 검출하는 적어도 하나의 PS를 제 2 프레임에 대해 사용 불가한 것으로 식별하는 단계를 포함하도록, 상기 제 2 프레임 정보의 처리 단계를 수행하는 저장된 명령를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  77. 동적 포토사이트(PS) 사용 가능성 평가 기능을 갖는 전자 광학(EO) 시스템으로서,
    복수의 포토사이트를 포함하는 광 검출기 어레이(PDA)로서, 각각의 포토사이트는 상이한 프레임에서 검출 신호를 출력하도록 작동하며, 각각의 포토사이트에 의해 프레임에 대해 출력된 검출 신호는 각각의 프레임 동안 각각의 포토사이트에 충돌하는 광량을 나타내고;
    복수의 포토사이트 중 각각에 대해 제 1 프레임 노출 시간에 기초하여 포토사이트가 사용 불가능하다고 결정하고, 제 1 프레임 노출 시간 보다 짧은 제 2 프레임 노출 시간에 기초하여 포토사이트가 사용 가능하다고 이후에 결정하도록, 작동하는 사용 가능성 필터링 모듈; 및
    복수의 포토사이트의 프레임 검출 레벨에 기초하여 이미지를 생성하도록 작동하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    (a) 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성할 때, 사용 가능성 필터링 모듈에 의해 제 1 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 결정된 필터링된 포토사이트의 제 1 검출 신호를 제외하고,
    (b) 제 1 프레임 검출 레벨의 캡처 후, PDA에 의해 캡처된 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성할 때, 사용 가능성 필터링 모듈에 의해 제 2 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 결정된 필터링된 포토사이트의 제 2 검출 신호를 포함하도록 구성되고;
    를 포함하는 전자 광학(EO) 시스템.
  78. 제 77 항에 있어서, EO 시스템의 시야에서 대상물의 상이한 조명 레벨에 기초하여, 상이한 프레임에 대한 상이한 프레임 노출 시간을 결정하기 위한 컨트롤러를 포함하는 EO 시스템.
  79. 제 77 항 및 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 각각의 프레임에 대해 사용 불가능한 포토사이트의 수를 미리 결정된 임계값 아래로 유지하면서, 프레임 노출 시간을 최대화함으로써, EO 시스템에 대한 프레임 노출 시간을 결정하도록 구성되는 EO 시스템.
  80. 제 77 항 내지 제 79 항 중 어느 한 항에 있어서, 주변 조명으로부터 차폐된 적어도 하나의 차폐된 PD 및 적어도 하나의 차폐된 PD의 신호 레벨에 기초하여 암전류의 레벨을 나타내는 전기 파라미터를 출력하는 회로를 포함하고, 상기 프로세서는 전기 파라미터, 각각의 프레임 노출 시간 및 PDA의 검출 신호에 기초하여 이미지를 생성하도록 구성되어, 상이한 프레임에서 상이한 정도의 암전류 축적을 보상하는 EO 시스템.
  81. 제 77 항 내지 제 80 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 포토사이트가 사용 가능한 것으로 식별될 때 측정된 필터링된 포토사이트의 검출 레벨에 기초하여, 상기 필터링된 PS와 관련된 제 1 이미지의 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하도록 작동하는 EO 시스템.
  82. 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하는 방법으로서,
    PDA의 복수의 포토사이트(PS) 중 각각에 대해 제 1 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 1 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 1 프레임 정보를 수신하는 단계;
    제 1 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 1 그룹, 및 (b) 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹을 식별하는 단계;
    사용 가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계;
    상기 제 1 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간을 결정하는 단계;
    상기 PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 2 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 2 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 2 프레임 정보를 수신하는 단계;
    제 2 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 2 그룹, 및 (b) 제 2 PS, 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹을 식별하는 단계;
    사용 가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계;
    제 2 프레임 정보를 수신한 후, 제 1 프레임 노출 시간보다 길고 제 2 프레임 노출 시간보다 짧은 제 3 프레임 노출 시간을 결정하는 단계;
    PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 3 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 세기를 나타내는 제 3 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 3 프레임 정보를 수신하는 단계;
    제 3 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS 및 제 2 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 3 그룹, 및 (b) 제 3 PS 및 제 4 PS을 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹을 식별하는 단계;
    사용 불가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 3 이미지를 생성하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  83. 제 82 항에 있어서, 상기 제 1 이미지, 상기 제 2 이미지 및 상기 제 3 이미지에서 각각의 이미지를 생성하는 단계는 각각의 이미지에 대해 사용 가능한 것으로 식별된 적어도 하나의 다른 주변 PS의 검출 레벨에 기초하여, 각각의 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  84. 제 82 항 및 제 83 항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 노출 시간에서 PDA의 PS의 사용 가능성을 모델링하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 프레임 노출 시간 및 상기 제 3 프레임 노출 시간 중 적어도 하나의 프레임 노출 시간을 결정하는 단계는 모델링의 결과에 기초하여 하고, 사용 불가능한 PS 그룹 중 적어도 하나를 식별하는 단계는 모델링의 결과에 기초하여 하는 방법.
  85. 제 82 항 내지 제 84 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 프레임 노출 시간 및 상기 제 3 프레임 노출 중 적어도 하나의 프레임 노출 시간을 결정하는 단계는 각각의 프레임에 대해 사용 불가능한 PS의 수를 미리 결정된 임계값 아래로 유지하면서, 각각의 프레임 노출 시간을 최대화하는 단계를 포함하는 방법.
  86. 제 82 항 내지 제 85 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 이미지, 상기 제 2 이미지 및 상기 제 3 이미지 중 적어도 하나에 대한 암전류 축적을 평가하는 단계를 포함하고, 상기 각각의 이미지를 생성하는 단계는 각각의 이미지에 대해 사용 가능한 PS의 PS 검출 레벨로부터 상기 암전류 축적 평가를 감산하는 단계를 포함하는 방법.
  87. 제 82 항 내지 제 86 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 이미지, 상기 제 2 이미지 및 상기 제 3 이미지로 중 적어도 하나의 이미지를 생성하는 단계는 PS가 사용 가능한 것으로 식별되었을 때 측정된 PS의 검출 레벨에 기초하여, 각각의 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  88. 광 검출기 어레이(PDA)의 데이터에 기초하여 이미지 정보를 생성하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 프로세서에서 실행될 때,
    PDA의 복수의 포토사이트(PS) 중 각각에 대해 제 1 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 1 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 1 프레임 정보를 수신하는 단계;
    제 1 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS, 제 2 PS 및 제 3 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 1 그룹, 및 (b) 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹을 식별하는 단계;
    사용 가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 1 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 1 그룹의 제 1 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계;
    상기 제 1 프레임 정보를 수신한 후, 상기 제 1 프레임 노출 시간보다 긴 제 2 프레임 노출 시간을 결정하는 단계;
    상기 PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 2 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 강도를 나타내는 제 2 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 2 프레임 정보를 수신하는 단계;
    제 2 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 2 그룹, 및 (b) 제 2 PS, 제 3 PS 및 제 4 PS를 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹을 식별하는 단계;
    사용 가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 2 이미지를 생성하고, 사용 불가능한 PS의 제 2 그룹의 제 2 프레임 검출 레벨을 폐기하는 단계;
    제 2 프레임 정보를 수신한 후, 제 1 프레임 노출 시간보다 길고 제 2 프레임 노출 시간보다 짧은 제 3 프레임 노출 시간을 결정하는 단계;
    PDA의 복수의 PS 각각에 대해 제 3 프레임 노출 시간 동안 각각의 PS에 의해 검출된 광의 세기를 나타내는 제 3 프레임 검출 레벨을 포함하는 제 3 프레임 정보를 수신하는 단계;
    제 3 프레임 노출 시간에 기초하여, PDD의 복수의 PS 중에서 (a) 제 1 PS 및 제 2 PS를 포함하는 사용 가능한 PS의 제 3 그룹, 및 (b) 제 3 PS 및 제 4 PS을 포함하는 사용 불가능한 PS의 제 3 그룹을 식별하는 단계;
    사용 불가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨을 폐기하고, 사용 가능한 PS의 제 3 그룹의 제 3 프레임 검출 레벨에 기초하여 제 3 이미지를 생성하는 단계;
    를 수행하는 저장된 명령을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  89. 제 88 항에 있어서, 프로세서에서 실행될 때, 상이한 노출 시간에 PDA의 PS의 사용 가능성을 모델링하는 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함하고, 제 2 프레임 노출 시간 및 제 3 프레임 노출 시간 중 적어도 하나의 프레임 노출 시간을 결정하는 단계는 모델링의 결과에 기초하고, 사용 불가능한 PS 그룹 중 적어도 하나를 식별하는 단계는은 모델링의 결과에 기초하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  90. 제 88 항 및 제 89 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서에서 실행될 때, 제 2 프레임 노출 시간 및 제 3 프레임 노출 시간 중에서 적어도 하나의 프레임 노출 시간을 결정하는 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함하여, 각각의 프레임에 대한 사용 불가능한 PS의 수를 미리 결정된 임계값 아래로 유지하면서, 각각의 프레임 노출 시간을 최대화시키는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  91. 제 88 항 내지 제 90 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서에서 실행될 때, 상기 제 1 이미지, 제 2 이미지 및 제 3 이미지 중 적어도 하나에 대한 암전류 축적을 평가하는 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함하고, 각각의 이미지를 생성하는 단계는 각각의 이미지에 대한 사용 가능한 PS의 PS 검출 레벨로부터 암전류 축적 평가를 감산하는 단계를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  92. 제 88 항 내지 제 91 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서에서 실행될 때, 제 1 이미지, 제 2 이미지 및 제 3 이미지로 중 적어도 하나의 이미지를 생성하는 단계를 수행하는 저장된 명령을 포함하고, PS가 사용 가능한 것으로 식별될 때 측정된 PS의 검출 레벨에 기초하여 각각의 이미지에 대해 사용 불가능한 것으로 식별된 PS와 관련된 적어도 하나의 픽셀에 대한 대체값을 계산하는 것을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.

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