KR20240093646A - 스위칭된 작동 페이즈를 사용하는 포토사이트 회로 - Google Patents
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Abstract
이미징 센서의 일부를 형성하는 포토사이트에서 반사되는 충돌 광의 결과로서 포토다이오드에 의해 생성되는 포토다이오드-생성 전류에 기인하는, 포토사이트 판독 회로에 의해 측정된 전하의 집적 또는 축적을 정확하게 측정하는 기술이 개시된다. 여기에 설명된 기술은 활성(active) 검출 윈도우 사이의 유휴 샘플링 시간 동안 축적된 전하를 유지하는 기능을 하는 일련의 순차적 스위칭 상태를 사용함으로써, 포토사이트 작동의 단점을 해결한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 레퍼런스
본 출원은 2020년 10월 22일에 출원된 미국 가특허출원 제63/094,913호의 우선권 이익을 주장하며, 이 문서 내용은 그 전체 내용이 레퍼런스로 여기에 포함된다.)
기술 분야
본 명세서에 설명된 양태는 일반적으로 이미징 센서에 관한 것으로서, 특히 조명된(illuminated) 타겟으로부터 반사되어 포토다이오드에 충돌하는 광을 검출함으로써 이미징을 수행하는 이미징 센서에 관한 것이다.
광검출 장치는 포토사이트를 포함할 수 있다. 포토사이트는 충돌하는 광을 검출하기 위한 포토다이오드(PD) 및 포토다이오드에 의해 제공되는 전하를 저장하기 위한 커패시턴스에 커플링된 포토사이트 판독 회로를 포함한다. 커패시턴스는 적어도 하나의 전용 커패시터로서 구현되고, 및/또는 PD, 트랜지스터 및/또는 포토사이트의 다른 구성요소의 기생 커패시턴스를 사용하여 구현될 수도 있다.
암전류(dark current)는 공지된 현상이며, 포토다이오드에 관해 언급할 때, 이는 장치에 광자가 들어가지 않을 때에도 포토다이오드를 통해 흐르는 전류와 관련된다. PD에서의 암전류는 PD의 공핍(depletion) 영역 내에서 전자와 정공이 무작위로 생성되어 발생할 수 있다.
어떤 경우에는, 제한된 크기의 커패시터(이산(discrete) 구성요소, 기생 커패시턴스 등을 포함할 수 있음)를 구현함과 동시에, 상대적으로 높은 암전류를 특징으로 하는 PD를 갖는 포토사이트를 제공할 필요성이 있다. 경우에 따라, 암전류가 포토사이트의 출력 검출 신호에 미치는 영향을 감소시킴과 동시에, 상대적으로 높은 암전류를 특징으로 하는 PD를 갖는 포토사이트를 제공할 필요가 있다. 높은 암전류 축적(accumulation)을 특징으로 하는 포토사이트에서는, 암전류 축적 및 관련 효과를 감소시킬 필요가 있으며, 그와 같이 암전류 축적 및 관련 효과를 감소시키는 것이 유리할 것이다.
또한, 포토사이트 판독 회로와 관련하여, 포토다이오드 판독 회로에 의해 제공되는 전기 신호를 사용하여 이미지가 수집될 수 있다. 이러한 전기 신호는 해당 검출 시간 프레임에 걸쳐 PD에 충돌하는 여러 조명 펄스에 응답하여 하나 이상의 커패시터에 축적되는 전하의 어그리게이션(집성, aggregation)의 결과이다. 그러나, 그러한 조명 펄스 사이의 유휴 시간 동안, PD는 (예를 들어, 주변 광 및/또는 고유의 암전류로 인해) 계속 전류를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로 생성된 추가 전류는 포토사이트 판독 회로의 커패시터에 추가 전하를 발생시킬 수 있으며, 이는 판독 값의 정확성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 현재의 광검출 장치는 다양한 단점을 갖고 있으며, 그 중 일부는 위에서 논의되었다.
본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 하기 발명의 설명과 함께 실시예의 원리를 설명하고, 당업자가 해당 실시예를 실시하고 사용하는 것을 가능하게 하는 역할을 한다.
본 발명의 예시적인 양태는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 구성요소가 처음 나타나는 도면은 일반적으로 해당 레퍼런스 번호의 가장 왼쪽 숫자로 표시된다.
본 명세서에 개시된 실시예의 비-제한적인 예는 본 단락 다음에 나열된 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 하나 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조, 구성요소 또는 부품은 모든 도면에서 동일한 숫자로 표시될 수 있다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예를 조명하고 명확하게 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 모든 도면은 본 명세서에 개시된 본 발명의 예들에 따른 장치 또는 흐름도를 보여준다. 도면에서:
도 1은 전압-제어 전류 소스에 의해 제어되는 포토다이오드를 포함하는 포토사이트를 개략적으로 도시한다.
도 2는 "3T" 구조에서 전압-제어 전류 소스에 의해 제어되는 포토다이오드를 포함하는 포토사이트를 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 암전류의 영향을 감소시키도록 작동할 수 있는 포토사이트 및 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 3c는 암전류의 영향을 감소시키도록 작동할 수 있는 복수의 포토사이트 및 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 4는 예시적인 포토다이오드 I-V 곡선과 PDD에 대한 가능한 작동 전압을 도시한다.
도 5는 복수의 레퍼런스 포토사이트에 연결된 제어-전압 생성 회로를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 복수의 포토다이오드에 기초한, 포토사이트 어레이 및 레퍼런스 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 7 및 도 8은 암전류의 영향을 감소시키도록 작동할 수 있는 포토사이트 및 회로를 각각 포함하는 PDD를 도시한다.
도 9는 광학 장치, 프로세서 및 추가 구성요소를 포함하는 PDD를 도시한다.
도 10은 광검출기에서 암전류를 보상하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 광검출기를 테스트하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따라, 광검출 장치를 테스트하기 위한 방법(1200)을 도시하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른, 예시적인 포토사이트 판독 회로 아키텍처를 도시한다.
도 14a 내지 도 14d는 본 개시내용의 실시예에 따라, 도 13에 도시된 포토사이트 판독 회로 아키텍처의 예시적인 스위칭 상태를 도시한다.
도 15는 본 개시내용의 실시예에 따라, 여러 샘플링 윈도우를 포함하는 샘플링 시간 동안의 작동 페이즈(phase)의 예를 도시한다.
도 16은 본 개시내용의 실시예에 따른, 전기 광학 시스템을 도시한다.
도 17은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스 흐름을 도시한다.
도 18은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스 흐름을 도시한다.
본 발명의 예시적인 양태는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 구성요소가 처음 나타나는 도면은 일반적으로 해당 레퍼런스 번호의 가장 왼쪽 숫자로 표시된다.
본 명세서에 개시된 실시예의 비-제한적인 예는 본 단락 다음에 나열된 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 하나 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조, 구성요소 또는 부품은 모든 도면에서 동일한 숫자로 표시될 수 있다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예를 조명하고 명확하게 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 모든 도면은 본 명세서에 개시된 본 발명의 예들에 따른 장치 또는 흐름도를 보여준다. 도면에서:
도 1은 전압-제어 전류 소스에 의해 제어되는 포토다이오드를 포함하는 포토사이트를 개략적으로 도시한다.
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도 3a 및 도 3b는 암전류의 영향을 감소시키도록 작동할 수 있는 포토사이트 및 회로를 포함하는 PDD를 도시한다.
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도 10은 광검출기에서 암전류를 보상하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 광검출기를 테스트하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따라, 광검출 장치를 테스트하기 위한 방법(1200)을 도시하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른, 예시적인 포토사이트 판독 회로 아키텍처를 도시한다.
도 14a 내지 도 14d는 본 개시내용의 실시예에 따라, 도 13에 도시된 포토사이트 판독 회로 아키텍처의 예시적인 스위칭 상태를 도시한다.
도 15는 본 개시내용의 실시예에 따라, 여러 샘플링 윈도우를 포함하는 샘플링 시간 동안의 작동 페이즈(phase)의 예를 도시한다.
도 16은 본 개시내용의 실시예에 따른, 전기 광학 시스템을 도시한다.
도 17은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스 흐름을 도시한다.
도 18은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스 흐름을 도시한다.
다음의 설명에서, 본 개시내용의 양태에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 구조, 시스템 및 방법을 포함하는 양태가 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 해당 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 본 명세서의 설명 및 표현은 숙련자 또는 당업자가 자신의 실시 내용을 다른 당업자에게 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용하는 일반적인 수단이다. 다른 경우에, 본 개시내용의 양태를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 공지된 방법, 절차, 구성요소 및 회로는 자세히 설명되지 않았다.
본 명세서에 기재된 실시예는 설명의 편의를 위해 별개의 섹션으로 나누어진다. 그러나, 이들 실시예는 별도로 활용되거나 서로 결합될 수 있다. 제1 섹션은 광검출 장치(PDD)와 관련된 문제를 해결하기 위한 것으로서, 특히 PDD에서의 암전류 제거 또는 감소에 관한 것이다. 제2 섹션은 유휴 기간 동안 PD 생성 전류로 인해 인접한 광 펄스 사이의 유휴 시간 동안, 추가적인 전하의 어그리게이션(집성)을 통해 도입되는 포토사이트 판독 회로의 판독 값의 부정확성과 관련된 문제를 해결하기 위한 것이다.
섹션 I - 암전류 보상을 위한 회로
A. 요약
다양한 예시적인 실시예에서, 활성(active) 포토다이오드(PD)를 포함하는 활성 포토사이트; 레퍼런스 PD를 포함하는 레퍼런스 포토사이트; 전압-제어 전류 소스 또는 전압-제어 전류 싱크를 포함하고, 상기 활성 PD에 커플링되는 제1 전압 제어 전류 회로; 및 상기 활성 전압 제어 전류 회로와 상기 레퍼런스 포토사이트에 커플링되고, 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 상기 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하는 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 상기 전압 제어 전류 회로에 제공하는 데 사용되는 제어-전압 생성 회로를 포함하는 광검출 장치(PDD)가 제공된다.
일부 실시예에서, 제어-전압 생성 회로는 제어 전압을 제공하기 위한 증폭기를 포함한다.
일부 실시예에서, 전압 제어 전류 회로는 전류 소스를 포함한다.
일부 실시예에서, 전압 제어 전류 회로는 전류 싱크를 포함한다.
일부 실시예에서, PDD는 전압-제어 전류 소스 또는 전압-제어 전류 싱크를 포함하는 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 상기 레퍼런스 전압 제어 전류 회로는 상기 레퍼런스 PD에 커플링되고, 여기서 상기 증폭기의 제1 입력에는 제1 입력 전압이 공급되고, 증폭기의 제2 입력은 레퍼런스 PD와 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에 전기적으로 커플링된다.
일부 실시예에서, 제1 전압 제어 전류 회로 및 레퍼런스 전압 제어 전류 회로는 증폭기의 출력에 커플링되고, 증폭기는 레퍼런스 전압 제어 회로의 출력과 제1 입력 전압 사이의 차이를 지속적으로 감소시키고, 이에 따라 제어 전압을 생성한다.
일부 실시예에서, 제어-전압 생성 회로는 증폭기를 포함하고, 전압 제어 전류 회로는 증폭기에 커플링된 전류 싱크를 포함한다.
일부 실시예에서, PDD는 활성 PD를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트, 복수의 레퍼런스 PD를 각각 포함하는 복수의 레퍼런스 포토사이트, 상기 활성 PD의 적어도 하나에 각각 커플링된 복수의 제1 전압 제어 전류 회로, 및 상기 레퍼런스 PD의 적어도 하나에 각각 커플링된 복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 상기 증폭기의 제2 입력은 각각의 레퍼런스 PD에 전기적으로 커플링되고, 제어 전압은 복수의 제1 전압 제어 전류 회로 각각에 공급된다.
일부 실시예에서, 각각의 활성 포토사이트는 대응하는 전압 제어 전류 회로를 포함한다.
일부 실시예에서, 서로 다른 활성 PD는 동시에 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하고, 서로 다른 레퍼런스 PD는 동시에 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하고, 제어-전압 생성 회로는 레퍼런스 PD의 서로 다른 암전류의 평균화(averaging)에 기초하여 동일한 제어 전압을 서로 다른 활성 PD에 제공한다.
일부 실시예에서, PDD는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 상기 복수의 제1 전압 제어 전류 회로는 각각의 활성 포토사이트에 집합적으로(collectively) 커플링된 적어도 하나의 전압-제어 전류 소스 및 각각의 활성 포토사이트에 집합적으로 커플링된 적어도 하나의 전압-제어 전류 싱크를 포함하고, 상기 제어-전압 생성 회로는: (a) 복수의 활성 포토사이트에 제1 제어 전압을 제1로 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 전압-제어 전류 소스에 커플링된 제1 증폭기, 복수의 활성 포토사이트에 제2 제어 전압을 제2로 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 전압-제어 전류 싱크에 커플링된 제2 증폭기, 및 상기 제1 제어 전압의 제공과 상기 제2 제어 전압의 제공 사이에서 선택하기 위한 스위칭 회로를 포함한다.
일부 실시예에서, PDD는 제1 입력 전압을 제공하기 위한 컨트롤러를 포함하며, 제1 입력 전압은 활성 PD 상의 바이어스에 대응하여 결정되는 레벨을 갖는다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 레퍼런스 PD 상의 바이어스가 활성 PD 상의 바이어스와 실질적으로 동일하도록, 제1 입력 전압을 제공한다.
일부 실시예에서, PDD는 PDD의 시야로부터의 광이 레퍼런스 PD에 도달하는 것을 방지하는 물리적 배리어를 포함한다.
일부 실시예에서, PDD는 복수의 포토사이트, 및 상기 복수의 포토사이트 중 적어도 하나의 포토사이트를 활성 포토사이트 또는 레퍼런스 포토사이트로서 작동하도록 설정하기 위한 컨트롤러를 포함한다.
일부 실시예에서, PDD는 활성 PD를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트, 복수의 레퍼런스 PD를 각각 포함하는 복수의 레퍼런스 포토사이트, 상기 활성 PD 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로, 및 레퍼런스 PD 중 적어도 하나에 각각 커프링되는 복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하고, PDD가 제1 온도에서 작동할 때, 상기 제어-전압 생성 회로는 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 복수의 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하여 제1 레벨의 전류를 제공하도록, 제1 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고, PDD가 제1 온도보다 더 높은 제2 온도에서 작동할 때, 상기 제어-전압 생성 회로는 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 PD의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 복수의 레퍼런스 PD의 암전류에 응답하여 제2 레벨의 전류를 제공하도록, 제2 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고, 여기서 제2 레벨은 제1 레벨보다 크기가 더 크다.
일부 실시예에서, PDD는 활성 PD를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트, 복수의 레퍼런스 PD를 각각 포함하는 복수의 레퍼런스 포토사이트, 상기 활성 PD 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로, 레퍼런스 PD 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로, PDD의 시야에서 광을 복수의 포토사이트로 지향시키기 위한 광학 장치, 활성 포토사이트, 레퍼런스 포토사이트 및 증폭기에 전력을 제공하기 위한 전원, 활성 포토사이트의 검출 신호에 응답하여 검출 정보를 제공하는 판독 회로, 시야 내 적어도 객체의 이미지를 제공하기 위해 상기 검출 정보를 처리하는 프로세서, 및 상기 검출 정보 및 상기 검출 신호 중 적어도 하나를 저장하는 메모리 모듈을 포함한다.
일부 실시예에서, 레퍼런스 PD는 활성 PD의 복제본이다.
일부 실시예에서, PDD는 "샘플 앤 홀드" 회로를 포함한다.
일부 실시예에서, 활성 PD는 충돌하는 광 및 활성 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여 검출 신호를 생성하고, 여기서 활성 포토사이트의 커패시턴스는 샘플링 시간에 걸쳐 검출 신호 및 전압 제어 전류 회로의 전류로부터 발생하는 전하를 수집하고, 샘플링 시간에 걸친 검출 신호의 집적(integration)은 활성 포토사이트의 커패시턴스를 초과할 것이다.
B. 예시적인 실시예에 관한 세부사항
도 1은 전압-제어 전류 소스(VCCS)(104)에 의해 제어되는 광검출기(예를 들어, PD)(102)를 포함하는 100으로 번호 매겨진 포토사이트의 예를 개략적으로 도시한다. 전압-제어 전류 소스(104)는 선택적으로 포토사이트(100) 외부에 있을 수 있다는 점(예를 들어, 단일의 VCCS(104)가 여러 포토사이트에 전류를 제공하는 경우)에 유의해야 한다. VCCS(104)는 제어 전압(다이어그램에서 VCTRL로 표시됨)에 비례하는 전류를 전달하는 종속 전류 소스이다. 본 개시내용에 개시된 포토사이트 및 PDD는 임의의 적합한 유형의 VCCS를 포함할 수 있다. 포토사이트(100)(도시되지 않음)의 다른("추가") 구성요소는 일반 상자(106)로 집합적으로 표시된다. 센싱에 사용되는 경우, 포토사이트(100)와 같은 포토사이트 및 광검출기(102)와 같은 광검출기는 아래에서 "활성" 또는 "비-레퍼런스(non-reference)" 포토사이트/광검출기(이는 포토사이트/광검출기(전류 소스에 대한 제어 전압을 결정하기 위한 입력으로 사용되는 포토사이트 및 광검출기와 구별됨)로 지칭될 수도 있다.
도 2는 포토사이트(100)의 일예인, 100'으로 번호 매겨진 포토사이트의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다. 포토사이트(100')에서, 다른 구성요소(106)는 "3T"(3-트랜지스터) 구조의 형태이다. 임의의 다른 적절한 회로는 추가 구성요소(106)의 역할을 할 수 있다.
CCS(104)는 PD(102)에 의해 생성된 암전류와 동일한 크기이지만 반대 방향의 전류를 제공함으로써, 암전류를 상쇄(또는 적어도 감소)시키는 데 사용될 수 있다. 이는 PD(102)가 높은 암전류를 특징으로 하는 경우 특히 유용하다. 이러한 방식으로, 포토다이오드로부터 커패시턴스(이는 전술한 바와 같이, 하나 이상의 커패시터, 포토사이트의 기생 커패시턴스 또는 이들의 조합에 의해 제공될 수 있음)로 흐르는 전하, 및 암전류로 인해 발생하는 전하는 상쇄될 수 있다. 특히, 암전류와 크기가 실질적으로 동일한 전류를 VCCS(104)에 의해 제공한다는 것은 제공된 전류가 PD(102)에 충돌하는 검출된 광의 결과로서 PD(102)에 의해 생성된 실제 전기 신호를 상쇄하지 않는다는 것을 의미한다.
도 3a는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른 광검출 장치(300)를 도시한다. PDD(300)는 생성된 암전류가 일정하지 않은(시간에 따라 변하는) 경우에도, VCCS(104)에 의해 발생된 전류를 PD(102)에 의해 생성된 암전류에 제어 가능하게 매칭시킬 수 있는 회로를 포함한다. PD(102)에 의해 생성된 암전류의 레벨은 작동 온도 및 포토다이오드에 인가되는 바이어스(이는 또한 수시로 변경될 수 있음)와 같은 다양한 파라미터에 따라 달라질 수 있다는 점에 유의해야 한다.
PDD(300)에 의해 수행되는 포토사이트(100) 내의 암전류 효과의 감소(아날로그 또는 디지털의 신호 처리의 나중 단계에서는 아님)는 커패시턴스를 포화시키거나 수집된 전하에 대한 그 응답의 선형성을 감소시키지 않으면서, 상대적으로 작은 커패시턴스를 활용할 수 있게 해준다.
PDD(300)는 충돌하는 광을 검출하기 위한 포토사이트(100), 및 포토사이트(100)에서 암전류의 영향을 감소시키거나 제거하기 위해 추가 회로(아래에서 논의됨)에 의해 그 출력이 사용되는 레퍼런스 포토사이트(310)를 포함한다. 포토사이트(100)(및 100')와 마찬가지로, 레퍼런스 포토사이트(310)는 PD(302), VCCS(304), 및 선택적으로 추가 회로(집합적으로 306으로 표시되는 "다른 구성요소")를 포함한다. 일부 예에서, PDD(300)의 레퍼런스 포토사이트(310)는 PDD(300)의 포토사이트(100)와 동일할 수 있다. 선택적으로, 포토사이트(310)의 임의의 하나 이상의 구성요소는 포토사이트(100)의 대응하는 구성요소와 동일할 수 있다. 예를 들어, PD(302)는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, VCCS(304)는 VCCS(104)와 동일할 수 있다. 선택적으로, 포토사이트(310)의 임의의 하나 이상의 구성요소는 포토사이트(100)의 구성요소(예를 들어, 포토다이오드, 전류 소스, 추가 회로)와 다를 수 있다. 포토사이트(100)와 포토사이트(310)의 실질적으로 동일한 구성요소(예를 들어, 포토다이오드, 전류 소스, 추가 회로)가 서로 다른 작동 조건에서 작동될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, PD(102, 302)에는 서로 다른 바이어스가 인가될 수 있다. 예를 들어, 추가 구성요소(106, 306)의 서로 다른 구성요소는 그 구조가 실질적으로 동일하더라도, 서로 다른 파라미터를 사용하여 작동하거나, 또는 선택적으로 연결/연결해제될 수 있다. 단순성과 명확성을 위해, 포토사이트(310)의 구성요소에는 숫자 302(PD의 경우), 304(VCCS의 경우) 및 306(추가 회로의 경우)으로 번호 매겨져 있으며, 이는 이러한 구성요소가 구성요소(102, 104 및 106)와 다르다는 것을 의미하지 않는다.
일부 예에서, 레퍼런스 추가 회로(306)는 암전류의 결정에 영향을 미치지 않도록, 생략되거나 연결해제될 수 있다. PD(102)는 역방향 바이어스, 순방향 바이어스, 제로 바이어스 중 하나에서 작동하거나, 상기 바이어스 중 임의의 2개 또는 3개 사이에서 선택적으로 작동할 수 있다(예를 들어, 아래에 설명된 컨트롤러(338)와 같은 컨트롤러에 의해 제어됨). PD(302)는 역방향 바이어스, 순방향 바이어스, 제로 바이어스 중 하나에서 작동하거나, 상기 바이어스 중 임의의 2개 또는 3개 사이에서 선택적으로 작동할 수 있다(예를 들어, 아래에 설명된 컨트롤러(338)와 같은 컨트롤러에 의해 제어됨). PD(102 및 302)는 실질적으로 동일한 바이어스(예를 들어, 약 -5V, 약 0V, 약 +0.7V) 하에서 작동할 수 있지만, 이것이 반드시 그런 것은 아니다(예를 들어, 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 광검출 장치(300)를 테스트할 때). 선택적으로, PDD(300)의 단일 포토사이트는 어떤 때는 포토사이트(100)(PDD(300)의 시야(FOV)로부터 광을 검출함)로 작동할 수 있고, 다른 때에는 포토사이트(310)(그 검출 신호 출력이 광검출 장치의 다른 포토사이트(100)의 전압-제어 전류 소스(VCCS)에 대한 제어 전압을 결정하는 데 사용됨)로 작동할 수 있다. 선택적으로, 충돌하는 광을 검출하는 데 사용되는 "활성" 포토사이트와 레퍼런스 포토사이트의 역할이 교환될 수 있다. PDD(300)는 적어도 증폭기(318) 및 PDD(300)의 다수의 포토사이트에 대한 전기적 연결을 포함하는 제어-전압 생성 회로(340)를 더 포함한다. 증폭기(318)는 적어도 2개의 입력, 즉 제1 입력(320) 및 제2 입력(322)을 갖는다. 증폭기(318)의 제1 입력(320)에는 (PDD(300), 외부 시스템 또는 이들의 조합으로 구현된) 컨트롤러에 의해 직접 제어되거나, (결국 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는) 시스템의 다른 전압으로부터 유도될(derived) 수 있는 제1 입력 전압(VFI)이 공급된다. 증폭기(318)의 제2 입력(322)은 (레퍼런스 포토사이트(310)의) PD(302)의 캐소드에 연결된다.
제1 사용 경우의 예에서, PD(102)는 제1 전압("애노드 전압"이라고도 하며, VA로 표시됨)과 제2 전압("캐소드 전압"이라고도 하며, VC로 표시됨) 사이의 작동(working) 바이어스에서 유지된다. 애노드 전압은 (PDD(300), 외부 시스템 또는 이들의 조합으로 구현된) 컨트롤러에 의해 직접 제어되거나, (결국 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는) 시스템의 다른 전압으로부터 유래 내재 유도될 수 있다. 캐소드 전압은 (PDD(300), 외부 시스템 또는 이들의 조합으로 구현된) 컨트롤러에 의해 직접 제어되거나, (결국 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는) 시스템의 다른 전압으로부터 유도될 수 있다. 애노드 전압(VA) 및 캐소드 전압(VC) 각각은 시간상 일정하게 유지될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, VA는 일정한 소스(예를 들어, 외부 컨트롤러로부터 패드를 통해)에 의해 제공될 수 있다. VC는 실시예에 따라 실질적으로 일정하거나 시간에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 포토사이트(100)에 대해 3T 구조를 사용하는 경우, VC는 예를 들어, 추가 구성요소(106)의 작동 및/또는 PD(102)로부터의 전류로 인해, 시간에 따라 변경된다. VC는 선택적으로 (레퍼런스 회로가 아닌) 추가 구성요소(106)에 의해 결정/제어/영향을 받을 수 있다.
VCCS(104)는 PD(102)에 의해 생성된 암전류에 대응하기(counter) 위해 PD(102)의 캐소드 단부에 전류를 제공(공급)하는 데 사용된다. 다른 경우에, VCCS(104)는 다른 목적(예를 들어, 광검출 장치(300)를 교정하거나 테스트하기 위해)을 달성하기 위해 다른 전류를 공급할 수 있다는 점에 유의해야 한다. VCCS(104)에 의해 생성된 전류의 레벨은 증폭기(318)의 출력 전압에 응답하여 제어된다. VCTRL로 표시된 VCCS(104)를 제어하기 위한 제어 전압은 (도시된 바와 같은) 증폭기(318)의 출력 전압과 동일할 수 있다. 대안적으로, VCTRL은 (예를 들어, 증폭기(318)의 출력과 VCCS(104) 사이의 저항 또는 임피던스로 인해) 증폭기(318)의 출력 전압으로부터 유도될 수 있다.
포토사이트(100)의 출력 신호에 대한 PD(102)의 암전류의 영향을 상쇄(또는 적어도 감소)시키기 위해, PDD(300)는 PD(102)가 받는 것과 실질적으로 동일한 바이어스를 PD(302)가 받을 수 있다. 예를 들어, PD(302)가 PD(102)와 실질적으로 동일한 경우, PD(302)와 PD(102)에 동일한 바이어스를 인가하는 것이 사용될 수 있다. 두 PD(102 및 302)에 동일한 바이어스를 인가하는 한 가지 방법은 PD(302)의 애노드에 전압 VA를 인가하고(여기서, 인가된 전압은 VRPA로 표시되고, RPA는 "레퍼런스 포토다이오드 애노드"을 나타냄), PD(302)의 캐소드에 전압 VC를 인가하는 것이다(여기서, 인가된 전압은 VRPC로 표시, RPC는 "레퍼런스 포토다이오드 캐소드"을 나타냄). 동일한 바이어스를 인가하는 또 다른 방법은 VRPA=VA+ΔV를 PD(302)의 애노드에 인가하고, VRPC=VC+ΔV를 PD(302)의 캐소드에 인가하는 것이다. 선택적으로, 애노드 전압(VA), 레퍼런스 애노드 전압(VRPA) 또는 둘 모두는 외부 소스(예를 들어, PDD(300)가 연결된 PCB를 통해)에 의해 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 증폭기(318)의 제1 입력(320)에는 제1 입력 전압(VFI)이 공급된다. 증폭기(318)의 제2 입력(322)은 PD(302)의 캐소드에 연결된다. 증폭기(318)의 작동은 2개의 입력(320 및 322) 사이의 전압 차이를 감소시키고, 이에 의해 제2 입력(322)의 전압을 제1 입력(VFI)에 인가되는 동일한 제어 전압 쪽으로 가져간다. 이제, 도 3b를 참조하면, PD(302)에 대한 암전류(이하, DCReference로 표시됨)는 화살표(352)로 표시된다(도시된 회로는 도 3a의 회로와 동일함). PD(302)에 흐르는 전류는 PD(102)가 해당 시간 동안 다크(dark) 상태로 유지되는 경우, PD(102)의 암전류와 동일하다. PDD 300(또는 PDD 300에 연결되거나 인접한 임의의 시스템 구성요소)은 PD(302)에 대한 광을 차단할 수 있으므로, 다크 상태로 유지된다. 차단은 물리적 배리어(예를 들어, 불투명 배리어), 광학 장치(예를 들어, 다이어버팅 렌즈), 전자 셔터 등에 의해 이루어질 수 있다. 아래 설명에서, PD(302) 상의 모든 전류가 PD(302)에 의해 생성된 암전류라고 가정한다. 대안적으로, PD(302)가 광(예를 들어, 시스템에서 공지된 낮은 레벨의 미광)을 받는 경우, 전류 소스가 공지된 광-기원(light-originating) 신호를 오프셋하도록 구현될 수 있거나, 또는 제1 입력 전압(VFI)이 미광 조명을 (적어도 부분적으로) 보상하도록 수정될 수 있다. PD(302)로부터 광을 차단하도록 의도된 배리어, 광학 장치 또는 기타 전용 구성요소는 웨이퍼-레벨(PDD(300)가 만들어지는 것과 동일한 웨이퍼)에서 구현될 수 있고, (예를 들어, 접착제를 사용하여) 해당 웨이퍼에 연결될 수 있고, 웨이퍼가 설치되는 케이싱 등에 견고하게 연결될 수 있다.
VFI가 일정하다고 (또는 천천히 변한다고) 가정하면, VCCS(304)의 출력(화살표(354)으로 표시됨)은 그 크기가 PD(302)의 암전류(DCReference)와 실질적으로 동일해야 하며, 이는 VCCS(304)가 PD(302)의 암전류 소비를 위한 전하 캐리어를 제공하여, 전압을 VFI로 유지할 수 있게 한다는 것을 의미한다. VCCS(304)의 출력은 증폭기(318)의 출력에 응답하는 VCTRL에 의해 제어되기 때문에, 증폭기(318)는 VCTRL이 PD(302)에 대한 암전류와 크기가 동일한 VCCS(304)에 의한 전류 출력을 제어하도록, 필요한 출력을 출력하도록 작동된다.
PD(102)가 PD(302)와 실질적으로 동일하고 VCCS(104)가 VCCS(304)와 실질적으로 동일하다면, 증폭기(318)의 출력은 또한 VCCS(104)가 PD(102)의 캐소드에 동일한 레벨의 전류(DCReference)를 제공하게 할 것이다. 이러한 경우, VCCS(104)의 출력이 PD(102)(이하, DCActivePD로 표시됨)에 의해 생성된 암전류를 상쇄하기 위해, PD(102)와 PD(302) 양쪽 모두가 유사한 레벨의 암전류를 생성하는 것을 필요로 한다. PD(102 및 302) 양쪽 모두에 동일한 바이어스를 인가하기 위해(이는 양쪽 PD모두 가 실질적으로 동일한 조건(예를 들어, 온도)에서 유지되므로, 양쪽 PD 모두가 실질적으로 동일한 레벨의 암전류를 생성하게 됨), 증폭기(318)의 제1 입력에 제공되는 전압은 PD(102)의 애노드 전압과 캐소드 전압, 그리고 PD(302)의 애노드 전압에 응답하여 결정된다. 예를 들어, VA가 VRPA와 동일하다면, VC와 동일한 VFI가 제1 입력(320)에 제공될 수 있다. VC는 시간에 따라 변할 수 있으며, 컨트롤러에 의해 반드시 결정되는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다(예를 들어, VC는 추가 구성요소(106)의 결과로서 결정될 수 있음). PD(102)가 PD(302)와 다르면, 및/또는 VCCS(104)가 VCCS(304)와 다르면, 증폭기(318)의 출력은 관련 제어 전압을 VCCS(104)에 제공하기 위해, 증폭기(318)와 VCCS(104) 사이의 전기 구성요소(도시되지 않음)를 매칭시킴으로써 수정될 수 있다(예를 들어, PD(102)에 걸친 암전류가 PD(302)에 걸친 암전류와 선형적으로 상관된다는 것이 알려진 경우, 증폭기(318)의 출력은 선형 상관관계에 따라 수정될 수 있다). 동일한 바이어스를 인가하는 또 다른 방법은 VRPA=VA+ΔV를 PD(302)의 애노드에 인가하고 VRPC=VC+ΔV를 PD(302)의 캐소드에 인가하는 것이다.
도 3c는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른, 복수의 포토사이트(100)를 포함하는 광검출 장치(300')를 도시한다. PDD(300')는 추가 포토사이트(100)뿐만 아니라 PDD(300)의 모든 구성요소를 포함한다. 광검출 장치(300')의 서로 다른 포토사이트는 서로 실질적으로 동일하고(예를 들어, 모두 2차원 광검출기 어레이의 일부임), 따라서 서로 다른 포토사이트(100)의 PD(302)는 서로 유사한 암전류를 생성한다. 그러므로, 동일한 제어 전압(VCTRL)이 PDD(300')의 서로 다른 포토사이트(100)의 모든 VCCS(104)에 공급되어, 이러한 VCCS(104)가 각각의 PD(102)에 의해 생성된 암전류의 영향을 상쇄(또는 적어도 감소)시키게 한다. PDD(300)에 관해 위에서 논의된 임의의 옵션은 필요한 부분을 수정하여 PDD(300')에 적용될 수 있다.
일부 경우(예를 들어, VC가 일정하지 않고, 및/또는 알려지지 않은 경우), PD(102)에서와 마찬가지로 PD(302)에 유사한 암전류를 발생시키도록 선택되는 제1 입력 전압(VFI)를 (예를 들어, 컨트롤러에 의해) 제공하는 것이 가능하다.
이제, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른 예시적인 포토다이오드 I-V 곡선(400)을 도시한다. 설명을 단순화하기 위해, 곡선(400)은 PD(302)와 PD(102) 모두의 I-V 곡선을 나타내며, 이는 본 설명의 목적을 위해 실질적으로 동일할 뿐만 아니라, 동일한 애노드 전압을 받는 것으로 가정된다(즉, 이러한 설명을 위해, VA=VRPA). I-V 곡선(400)은 전압(402와 404) 사이에서 상대적으로 평탄하며, 이는 관련 포토다이오드에 인가되는 402와 404 사이의 서로 다른 바이어스가 유사한 레벨의 암전류를 생성한다는 것을 의미한다. 공지된 VA가 주어지면 PD(102) 상의 바이어스가 전압(402 및 404) 사이에 제한된다는(confined) 것을 의미하는, 캐소드 전압 범위 내에서 VC가 변경되는 경우, PD(302) 상의 바이어스가 또한 전압(402 및 404) 사이에 있도록 하는 VRPC를 인가하면, PD(102)와 PD(302)가 서로 다른 바이어스를 받더라도, VCCS(104)는 DCActivePD와 충분히 유사한 전류를 출력하게 된다. 이러한 경우, VRPC는 등가 전압(414)으로 예시된 바와 같이, 캐소드 전압 범위 내에 있거나, 그 밖에 있을 수 있다(그러나, 등가 전압(412)으로 예시된 바와 같이, 여전히 PD(302)에 대한 바이어스를 402와 404 사이에서 유지한다). 위에서 논의된 것과 같은 다른 구성에 대한 수정은 필요한 부분을 수정하여 구현될 수 있다. 다른 이유로도 다른 PD(102, 302)에 상이한 바이어스가 인가될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 광검출기 어레이의 테스트 또는 교정의 일부로 다양한 바이어스가 인가될 수 있다.
실제 생활에서, 단일의 광검출 장치의 상이한 포토사이트의 서로 다른 포토다이오드(또는 기타 구성요소)는 정확히 동일하게 제조되지 않으며, 이러한 포토사이트의 작동 또한 서로 정확히 동일하지 않다. 포토다이오드 어레이에서, 포토다이오드는 서로 다소 상이할 수 있으며, 암전류도 다소 상이할 수 있다(예를 들어, 제조상 차이, 약간의 온도 차이 등).
도 5는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른, 복수의 레퍼런스 포토사이트(310)(집합적으로, 500으로 표시됨)에 연결된 제어-전압 생성 회로(340)를 도시한다. 도 5의 회로(레퍼런스 회로(500)라고도 함)는 PDD(300, 300'), 및 본 개시내용에서 논의된 임의의 광검출 장치 변형의 대응하는 하나 이상의 포토사이트(310)의 하나 이상의 VCCS(104)에 대한 제어 전압(VCTRL로 표시됨)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 특히, 레퍼런스 회로(500)는 (예를 들어, 제조 부정확성, 다소 상이한 작동 조건 등으로 인해) 어느 정도 변화하는 복수의 레퍼런스 포토사이트(310)로부터 수집된 데이터에 기초하여, 광검출 장치의 하나 이상의 포토사이트(100)에서 암전류의 영향을 상쇄(또는 제한)하기 위한 제어 전압을 결정하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 포토다이오드의 암전류는 유사하더라도, 서로 다를 수 있다. 일부 포토다이오드 기술에서는 동일하게 의도된 포토다이오드가 x1.5, x2, x4 및 심지어 그 이상 만큼 상이한 암전류를 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에 논의된 평균화 메커니즘은 그러한 상당한 차이(예를 들어, 제조 시)도 보상할 수 있게 한다. 증폭기(318)가 여러 포토사이트(310)의 암전류 레벨을 평균화하기 위해 복수의 레퍼런스 포토사이트(310)에 연결된 경우, 이러한 포토사이트(310)는 예를 들어, 위에서 논의된 메커니즘 중 어느 하나를 사용하여 다크 상태로 유지된다. 다양한 포토사이트(310)의 서로 다른 VCCS(304)에 인가되는 전압은 단락되어, 모든 VCCS(304)가 실질적으로 동일한 제어 전압을 수신하게 된다. 서로 다른 레퍼런스 PD(302)의 캐소드 전압은 서로 다른 네트(net)에 단락된다. 이러한 방식으로, 서로 다른 레퍼런스 포토사이트(310)의 전류가 서로 다소 상이한 동안(이는 레퍼런스 포토사이트(310)가 서로 약간 다르기 때문임), 각 광검출 장치의 하나 이상의 포토사이트(100)에 공급되는 평균 제어 전압(이는 또한 서로 및 레퍼런스 포토사이트(310)와 다소 상이할 수 있음)은 충분히 균일한 방식으로, 서로 다른 포토사이트(100)에 대한 암전류의 영향을 제거하기에 충분히 정확하다. 선택적으로, 단일 증폭기(318)의 출력 전압은 모든 포토사이트(100) 및 모든 레퍼런스 포토사이트(310)에 공급된다. 선택적으로, 광검출 장치에 대해 선택된 포토다이오드는 (예를 들어, 도 4를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이) 평탄한 I-V 응답을 갖고, 그 결과 레퍼런스 회로(500)와 관련하여 논의된 평균 제어 전압은 서로 다른 포토사이트(100)의 암전류를 매우 좋은 정도로 상쇄한다. 다중 활성 포토사이트(100)의 출력 신호를 수정하기 위해(예를 들어, 출력 신호의 암전류의 영향을 감소시키기 위해), 평균화된 출력 신호가 사용되는 다중 레퍼런스 포토사이트(310)를 포함하는 광검출 장치의 비-제한적인 예가 도 6a 및 도 6b에 제공된다. 서로 다른 구성, 기하학적 구조 및 수치 비율이 단일 광검출 장치의 레퍼런스 포토사이트(310)와 활성 포토사이트(100) 사이에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 행과 열로 배열된 복수의 포토사이트를 포함하는 직사각형 광검출 어레이에서, 전체 행의 포토사이트(예를 들어, 1,000개의 포토사이트) 또는 몇 개의 행 또는 열의 포토사이트가 복수의 레퍼런스 포토사이트(310)로 사용될 수 있고(및 선택적으로 다크 상태로 유지된다), 어레이의 나머지 부분은 해당 레퍼런스 포토사이트 행의 출력 평균을 기반으로 하는 제어 신호를 수신한다. 제어 전류를 생성하는 이러한 방식은 평균 암전류를 제거하고 포토사이트 간 변화만 남기게 됨으로써, 암전류의 영향을 크게 감소시킨다.
도 6a 및 도 6b는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른, 복수의 포토다이오드에 기초한 레퍼런스 회로 및 포토사이트 어레이를 포함하는 광검출 장치를 도시한다. PDD(600)(도 6a에 도시됨) 및 PDD(600')(PDD(600)의 변형으로서, 도 6b에 도시됨)는 추가 포토사이트(100) 및 포토사이트(310)뿐만 아니라, PDD(300)의 모든 구성요소를 포함한다. 선택적으로, 광검출 장치(600)(및, 개별적으로 PDD(600'))의 서로 다른 포토사이트는 실질적으로 서로 동일하다. PDD(300, 300')뿐만 아니라 회로(500)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션이 필요한 부분을 수정하여, PDD(600, 600')에 적용될 수 있다.
도 6a는 복수 (어레이)의 포토사이트(100)를 갖는 감광 영역(602)(이는 광검출기 장치(600)의 작동 중에 외부 광에 노출됨), (적어도 레퍼런스 전류 측정 동안, 선택적으로는 항상) 다크 상태로 유지되는 복수의 레퍼런스 포토사이트(310)를 갖는 영역(604, 및 컨트롤러(338)를 추가로 포함하는 제어-전압 생성 회로(340)를 포함하는 광검출기 장치(600)를 도시한다. 컨트롤러(338)는 증폭기(318)의 작동, 증폭기(318)에 공급되는 전압, 및/또는 레퍼런스 포토사이트(310)의 작동을 제어할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(338)는 또한 포토사이트(100) 및/또는 PDD(600)의 다른 구성요소의 작동을 제어할 수 있다. 컨트롤러(338)는 동일한 작동 조건(예를 들어, 바이어스, 노출 시간, 판독 체제 관리) 하에서 작동하도록, 활성 포토사이트(100)와 레퍼런스 포토사이트(310) 모두를 제어할 수 있다. 컨트롤러(338)의 임의의 기능은 외부 컨트롤러에 의해(예를 들어, 광검출 장치가 설치된 전기 광학 시스템의 다른 프로세서에 구현되거나, 광검출 장치가 설치된 자율 차량의 컨트롤러와 같은 보조 시스템에 의해 구현될 수 있음) 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(338)는 PDD(600)의 다른 구성요소(예를 들어, 포토사이트(100 및 310), 증폭기(318))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(338)는 그러한 웨이퍼에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 다른 적절한 컨트롤러가 또한 컨트롤러(338)로서 구현될 수 있다.
도 6b는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른 광검출기 장치(600')를 도시한다. 광검출기 장치(600')는 장치(600)와 유사하지만, 구성요소가 다른 기하학적 구조로 배열되어 있고 다른 포토사이트의 내부 세부 사항을 표시하지 않았다. 포토사이트(100)로부터 검출 신호를 판독하고, 이를 추가 처리(예를 들어, 노이즈 감소, 이미지 처리), 저장 또는 임의의 다른 용도를 위해 제공하는 데 사용되는 판독 회로(610)가 또한 도시되어 있다. 예를 들어, 판독 회로(610)는 추가 처리, 저장 또는 임의의 다른 동작을 위해 판독 값을 제공하기 전에, 서로 다른 포토사이트(100)의 판독 값을 일시적으로(아마도, 도시되지 않은 광검출 장치의 하나 이상의 프로세서에 의한 일부 처리 후) 순차적으로 배열할 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(610)는 PDD(600)의 다른 구성요소(예를 들어, 포토사이트(100 및 310), 증폭기(318))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 유닛으로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(610)는 그러한 웨이퍼에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 하나 이상의 유닛으로 구현될 수 있다. 다른 적절한 판독 회로가 또한 판독 회로(610)로서 구현될 수 있다. 판독 회로(610)와 같은 판독 회로는 본 개시내용에서 논의된 임의의 광검출 장치(예를 들어, PDD(300, 700, 800 및 900))에서 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 신호의 선택적 디지털화 이전에 광검출 장치에서(예를 들어, 판독 회로(610)에 의해 또는 각각의 광검출 장치의 하나 이상의 프로세서에 의해) 실행될 수 있는 아날로그 신호 처리의 예는 이득(증폭), 오프셋 및 비닝(2개 이상의 포토사이트로부터의 출력 신호 결합)을 수정하는 것을 포함한다. 판독 데이터의 디지털화는 광검출 장치 또는 그 외부에서 구현될 수 있다.
선택적으로, PDD(600)(또는 본 개시내용에 개시된 임의의 다른 광검출 장치)는 증폭기(318)의 출력 전압 및/또는 제어 전압 VCTRL(다른 경우)을 샘플링하고 그러한 전압 레벨을 적어도 지정된 최소 시간 동안 유지하기 위한 샘플링 회로를 포함할 수 있다. 그러한 샘플링 회로는 증폭기(318)의 출력과 하나 이상의 VCCS(104) 사이의 임의의 위치(예를 들어, 위치(620))에 위치할 수 있다. 적절한 샘플링 회로가 사용될 수 있는데; 예를 들어, 일부 경우에, 예시적인 회로는 "샘플 앤 홀드" 스위치를 포함할 수 있다. 선택적으로, 샘플링 회로는 일부 시간에만 사용될 수 있으고, 다른 시간에는 제어 전압의 직접 실시간 판독이 실행된다. 예를 들어, 시스템의 암전류 크기가 천천히 변할 때, 포토사이트(310)가 일부 시간에만 광으로부터 차폐될 때, 샘플링 회로를 사용하는 것이 유용할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른 다른 광검출 장치를 도시한다. 전술한 광검출 장치(예를 들어, 300, 300', 600, 600')에서는, 활성 포토사이트(100)와 레퍼런스 포토사이트(310) 모두에 대해 전압-제어 전류 소스가 사용되었다. 전류 소스는 개시된 광검출 장치에 사용될 수 있는 전압-제어 전류 회로의 일례이다. 사용될 수 있는 또 다른 유형의 전압-제어 전류 회로는 전압-제어 전류 싱크이며, 이는 공급되는 제어 전압에 의해 제어되는 크기의 전류를 흡수한다. 예를 들어, PD(102, 302)에 대한 바이어스가 위에 예시된 바이어스와 반대 방향인 전류 싱크가 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 전압-제어 전류 소스가 위에서 논의될 때마다(104, 304), 이러한 구성요소는 전압-제어 전류 싱크(각각 704 및 714로 표시됨)로 대체될 수 있다. 전류 소스 대신에 전류 싱크를 사용하는 것은 각각의 광검출 장치의 다른 부분에서 다른 유형의 구성요소 또는 회로를 사용해야 할 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, VCCS(104 및 304)와 함께 사용되는 증폭기(318)는 전압-제어 전류 싱크(704 및 714)와 함께 사용되는 증폭기(718)와 전력, 크기 등이 상이하다. VCCS가 아닌 전압-제어 전류 싱크를 포함하는 포토사이트를 구별하기 위해, 레퍼런스 번호(100' 및 310')은 위에서 설명한 포토사이트(100 및 300)에 대응하여 사용된다.
도 7에서, PDD(700)는 (포토사이트(100') 및 포토사이트(310') 모두에서) 전압-제어 전류 싱크인 전압-제어 전류 회로를 포함하고, 증폭기(318) 대신에 적합한 증폭기(718)가 사용된다. 전류 소스에 관해 위에 논의된 모든 변형은 전류 싱크에도 동일하게 적용 가능하다.
도 8에서, PDD(800)는 매칭 증폭기(318 및 718)와 함께, 전압-제어 전류 소스(104 및 314)와 전압-제어 전류 싱크(704 및 714) 모두의 두 가지 유형의 전압-제어 전류 회로를 포함한다. 이는 예를 들어, 순방향 또는 역방향 바이어스에서 PDD(800)의 포토다이오드를 작동시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 적어도 하나의 스위치(또는 다른 선택 메커니즘)를 사용하여, 레퍼런스 회로 중 어느 것이 활성화/비활성화되는지(VCCS 기반인 것 또는 전압-제어 전류 싱크 기반인 것)를 선택할 수 있다. 이러한 선택 메커니즘은 예를 들어, 두 피드백 조정기(regulator)가 서로 "반대(against)" 작동하는 것을 방지하도록 구현될 수 있다(예를 들어, 포토다이오드에 대해 거의 0에 가까운 바이어스에서 작동하는 경우). 이전에 논의된 광검출 장치(예를 들어, 300, 300', 600, 600') 중 임의의 것과 관련하여 위에서 논의된 임의의 옵션, 설명 또는 변형은 필요한 부분을 약간 수정하여 PDD(700 및 800)에 적용될 수 있다. 특히, PDD(700 및 800)는 복수의 포토사이트(100') 및/또는 복수의 레퍼런스 포토사이트(310')를 포함할 수 있는데, 이는 (예를 들어, 도 5, 6a 및 6b에 관하여) 위의 논의한 것와 유사하다.
위에서 논의된 임의의 광검출 장치에서, (예를 들어, 광검출 어레이의) 하나 이상의 포토사이트는 선택적으로 레퍼런스 포토사이트(310)로서(예를 들어, 일부 시간에) 또는 일반 포토사이트(100)로서(예를 들어, 다른 시간에) 사용되도록, 선택적으로 제어가능할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 포토사이트에는 두 가지 역할을 모두 수행하는 데 필요한 회로가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어, 동일한 광검출 장치가 다른 유형의 전기 광학 시스템에 사용되는 경우에 사용될 수 있다. 일례에서, 하나의 시스템은 1,000 내지 4,000개의 레퍼런스 포토사이트(310)를 평균화하는 정확도를 요구할 수 있는 반면, 다른 시스템은 1 내지 100개의 레퍼런스 포토사이트(310)를 평균화함으로써 달성될 수 있는 더 낮은 정확도를 요구할 수 있다. 다른 예에서, 포토사이트의 일부(또는 심지어 전부)에 기초한 제어 전압의 평균화는 전체 광검출기 어레이가 다크 상태에 있고 위에서 논의된 바와 같이 샘플 앤 홀드 회로에 저장될 때, 실행될 수 있으며, 모든 포토사이트는 하나 이상의 후속 프레임에서 결정된 제어 전압을 사용하여 FOV 데이터를 검출하는 데 사용된다.
위의 논의에서, 단순화를 위해, 각각의 광검출기 어레이 상의 모든 광다이오드의 애노드 측이 공지된(그리고 가능하게는 제어되는) 전압에 연결되고, 검출 신호는 물론 VCCS 및 추가 회로의 연결이 캐소드 측에서 구현되는 것으로 가정하였다는 점에 유의해야 한다. 선택적으로, PD(102 및 302)는 필요한 부분만 수정하여 반대 방향(여기서, 판독값이 애노드 측에 있는 등)으로 연결될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
위에서 논의된 모든 광검출 장치(예를 들어, 300, 600, 700, 800)를 참조하면, 포토사이트, 판독 회로, 레퍼런스 회로 및 기타 전술한 구성요소(또한, 요구될 수 있는 추가 구성요소)가 단일 웨이퍼 또는 하나 이상의 웨이퍼, 하나 이상의 PCB 또는 포토사이트에 연결된 다른 적절한 유형의 회로 등에 구현될 수 있음에 유의해야 한다.
도 9는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른 PDD(900)를 도시한다. PDD(900)는 위에서 설명된 광검출 장치 중 임의의 하나 이상의 특징의 임의의 조합을 구현할 수 있으며, 추가 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, PDD(900)는 다음 구성요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
PDD(900)의 FOV 상으로 광을 방출하도록 작동 가능한 적어도 하나의 광원(902). 상기 광원(902)의 광 중 일부는 FOV 내의 객체로부터 반사되고 감광 영역(602)(이는 광검출기 장치(900)의 작동 중에 외부 광에 노출됨)의 포토사이트(100)에 의해 캡처되고, 이는 객체의 이미지나 다른 모델을 생성하는 데 사용된다. 임의의 적합한 유형의 광원이 사용될 수 있다(예를 들어, 펄스형, 연속형, 변조형, LED, 레이저). 선택적으로, 광원(902)의 작동은 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(338))에 의해 제어될 수 있다.
검출기 어레이의 영역(604)을 다크 상태에서 유지하기 위한 물리적 배리어(904). 물리적 배리어(904)은 검출기 어레이의 일부이거나 그 외부에 있을 수 있다. 물리적 배리어(904)은 고정되거나 이동 가능할 수 있다(예를 들어, 이동 셔터). 다른 유형의 다크닝(darkening) 메커니즘도 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 선택적으로, 물리적 배리어(904)(또는 다른 다크닝 메커니즘)은 서로 다른 시간에 검출 어레이의 서로 다른 부분을 다크닝할 수 있다. 선택적으로, 배리어(904)의 작동은 변경 가능하다면, 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(338))에 의해 제어될 수 있다.
무시된(ignored) 포토사이트(906). 광검출기 어레이의 모든 포토사이트가 반드시 검출(포토사이트(100)) 또는 레퍼런스(포토사이트(310))로서 사용되는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 일부 포토사이트는 완전히 다크닝되지 않고 완전히 밝아지지 않은 영역에 있을 수 있으므로, 이미지 생성(또는 포토사이트(100)의 검출 신호에 응답하여 생성된 다른 유형의 출력)에서 무시된다. 선택적으로, 서로 다른 포토사이트가 서로 다른 시간에 PDD(900)에 의해 무시될 수 있다.
포토사이트(100)에 의해 출력된 검출 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 프로세서(908). 이러한 처리는 예를 들어, 신호 처리, 이미지 처리, 분광학 분석 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(908)에 의한 처리 결과는 컨트롤러(338)(또는 다른 컨트롤러)의 작동을 수정하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(338) 및 프로세서(908)는 단일 처리 장치로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(908)에 의한 처리 결과는 유형 메모리 모듈(910)(저장 또는 추후 검색을 위해, 하기 레퍼런스), 예를 들어 통신 모듈(912)를 통한 외부 시스템(예를 들어, 원격 서버 또는 PDD(900)이 설치된 차량의 차량 컴퓨터), 이미지 또는 다른 유형의 결과(예를 들어, 그래프, 분광기의 텍스트(textual) 결과)를 표시하기 위한 디스플레이(914), 다른 유형의 출력 인터페이스(예를 들어, 스피커, 도시되지 않음)에 제공될 수 있다. 선택적으로 포토사이트(310)로부터의 신호는 예를 들어, PDD(900)의 상태(예를 들어, 작동성, 온도)를 평가하기 위해 프로세서(908)에 의해 처리될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
활성 포토사이트 또는 판독 회로(610)(예를 들어, 다른 경우)에 의해 출력된 적어도 하나의 검출 신호 및 검출 신호를 처리함으로써 프로세서(908)에 의해 생성된 검출 정보 중 적어도 하나를 저장하기 위한 메모리 모듈(910).
전원(916)(예를 들어, 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터). 전원은 포토사이트, 증폭기 또는 광검출 장치의 다른 구성요소에 전력을 제공할 수 있다.
하드 케이싱(918)(또는 임의의 다른 유형의 구조적 지지체).
(구현된 경우) 광원(902)의 광을 FOV로 지향하게 하고, 및/또는 FOV로부터의 광을 활성 포토사이트(100)로 지향하게 하기 위한 광학 장치(920). 이러한 광학 장치는 예를 들어, 렌즈, 거울(고정형 또는 이동형), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 위에서 설명한 광검출 장치는 적어도 하나의 PD(102)에 의해 생성된 암전류의 레벨을 변경하는 광검출 장치의 작동 조건의 차이를 고려하기 위해, 적어도 하나의 제1 전압 제어 전류 회로(VCCC)(104)에 의해 제공되는 전류 레벨을 결정하는 제어 전압을 매칭시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 포토사이트(100) 및 복수의 포토사이트(320)를 포함하는 광검출 장치의 경우: 광검출 장치가 제1 온도에서 작동할 때, 제어-전압 생성 회로(340)는 복수의 레퍼런스 PD(302)의 암전류에 응답하여 제1 레벨의 전류를 제공하기 위한 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하여, 활성 포토사이트(100)의 출력에 대한 활성 PD(102)의 암전류의 영향을 감소시키고; 그리고 광검출 장치가 (제1 온도보다 높은) 제2 온도에서 작동할 때, 제어 전압 발생 회로(340)는 복수의 레퍼런스 PD(302)의 암전류에 응답하여 제2 레벨의 전류를 제공하기 위한 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하여, 활성 포토사이트(100)의 출력에 대한 활성 PD(102)의 암전류의 영향을 감소시키고; 따라서 제2 레벨은 제1 레벨보다 크기가 더 크다.
도 10은 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른, 광검출기에서 암전류를 보상하기 위한 방법(1000)의 흐름도이다. 방법(1000)은 적어도: (a) 적어도 하나의 활성 PD를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트; (b) 레퍼런스 PD를 포함하는 적어도 하나의 레퍼런스 포토사이트; (c) 하나 이상의 활성 PD에 연결된 적어도 하나의 제1 VCCC; (d) 하나 이상의 레퍼런스 PD에 연결된 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC; 및 (e) 활성 VCCC 및 레퍼런스 VCCC에 연결되는 제어-전압 생성 회로를 포ㅎ함하는 광검출 장치에서 실행된다. 예를 들어, 방법(1000)은 PDD(300', 600, 600', 700, 800)(후자의 2개는 복수의 활성 포토사이트를 포함하도록 구현됨) 중 임의의 PDD에서 실행될 수 있다. 방법(1000)은 전술한 다양한 PDD의 임의의 구성요소에 관해 위에서 논의된 임의의 작동 또는 기능을 실행하는 것을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
방법(1000)은 적어도 스테이지들(1010 및 1020)을 포함한다. 스테이지(1010)는 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류 레벨(또는 레벨들)에 기초하여, 제어 전압을 생성함으로써, 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC에 제공될 때, 상기 적어도 하나의 레퍼런스 VCCC가 레퍼런스 포토사이트의 출력에 대한 레퍼런스 포토다이오드의 암전류의 영향을 감소시키는 전류를 생성하게 하는 단계를 포함한다. 스테이지(1020)는 적어도 하나의 제1 VCCC에 제어 전압을 제공함으로써, 적어도 하나의 제1 VCCC가 복수의 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 포토다이오드의 암전류의 영향을 감소시키는 전류를 생성하게 하는 단계를 포함한다. VCCC는 "전압 제어 전류 회로"를 의미하며, 이는 전압-제어 전류 소스 또는 전압-제어 전류 싱크로서 구현된다.
선택적으로, 스테이지(1010)는 제어-전압 생성 회로의 일부인 증폭기를 사용하여 구현된다. 이러한 경우, 스테이지(1010)는 증폭기의 제2 입력이 레퍼런스 포토다이오드와 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에 전기적으로 연결될 때, 증폭기의 제1 입력에 제1 입력 전압을 공급하는 단계를 포함한다. 증폭기는 레퍼런스 전압-제어 회로의 출력과 제1 입력 전압 간의 차이를 연속적으로 감소시켜서, 제어 전압을 생성하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 제1 VCCC(들)과 레퍼런스 VCCC(들) 모두 증폭기의 출력에 연결된다.
광검출 장치가 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하는 복수의 서로 다른 레퍼런스 포토다이오드를 포함하는 경우, 스테이지(1010)는 레퍼런스 포토다이오드의 서로 다른 암전류의 평균화에 기초하여 단일 제어 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
방법(1000)은 (예를 들어, 물리적 배리어 또는 다이버팅 광학계를 사용하여) 광검출 장치의 시야로부터의 광이 레퍼런스 포토다이오드에 도달하는 것을 방지하는 것을 포함할 수 있다.
방법(1000)은 암전류의 영향을 감소시킨 후 활성 포토사이트의 출력을 샘플링하는 단계, 및 상기 샘플링된 출력에 기초하여 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 11은 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따른, 광검출 장치(PDD)에서 암전류를 보상하기 위한 방법(1100)을 도시하는 흐름도이다. 방법(1100)은 서로 다른 온도 체계(regime)에서 실행되는 두 가지 페이즈(phase)를 가지고 있다. 제1 스테이즈 그룹(1110-1116)은 PDD가 제1 온도(T1)에서 작동할 때 실행되고, 제2 스테이즈 그룹(1120-1126)은 PDD가 제1 온도보다 높은 제2 온도(T2)에서 작동할 때 실행된다. 제1 온도와 제2 온도의 정도는 방법(1100)의 다른 실시예 또는 다른 인스턴스에서 다를 수 있다. 예를 들어, 온도 차이는 적어도 5℃; 적어도 10℃; 적어도 20℃; 적어도 40℃; 적어도 100℃ 등일 수 있다. 특히, 방법(1100)은 훨씬 더 작은 온도 차이(예를 들어, 1℃ 미만)에서도 효과적일 수 있다. 제1 온도와 제2 온도 각각은 온도 범위(예를 들어, 0.1℃; 1℃; 5℃ 또는 그 이상에 걸침(spanning))로 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 제2 온도 범위에서의 임의의 온도는 제1 온도 범위에서의 임의의 온도보다 높다(예를 들어, 앞서 언급한 범위만큼). 방법(1000)은 위에서 논의된 임의의 PDD(300, 600 등)에서 선택적으로 실행될 수 있다. 방법(1100)은 앞서 언급된 다양한 PDD의 임의의 구성요소와 관련하여 위에서 논의된 임의의 동작 또는 기능을 실행하는 것을 포함할 수 있고, 방법(1100)의 PDD는 앞서 언급한 임의의 하나 이상의 PDD와 관련하여 위에서 논의된 구성요소 중 하나 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
PDD가 제1 온도(이는 제1 온도 범위일 수 있음)에서 작동할 때 수행되는 스테이지를 참조하면: 스테이지(1110)는 PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제1 제어 전압을 결정하는 단계를 포함한다. 스테이지(1112)는 PDD의 활성 포토사이트의 적어도 하나의 활성 PD에 커플링된 제1 VCCC에 제1 제어 전압을 제공함으로써, 제1 VCCC가 활성 포토사이트에 제1 암전류 상쇄(countering) 전류를 부과하게 하는 단계를 포함한다. 스테이지(1114)는 (a) PDD의 시야 내 객체에서 기원하는(originating) 활성 PD의 광 충돌, 및 (b) 상기 활성 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 활성 PD에 의해 제1 검출 전류를 생성하는 단계를 포함한다. 스테이지(1116)는 제1 검출 전류 및 제1 암전류 상쇄 전류에 응답하여, 제1 검출 전류보다 크기가 작은 제1 검출 신호를 활성 포토사이트에서 출력함으로써, 제1 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 보상하는 단계를 포함한다. 방법(1100)은 또한 PDD의 복수의 포토사이트(및 선택적으로 이들 모두)로부터의 복수의 제1 검출 신호에 기초하여, PDD의 FOV의 적어도 하나의 제1 이미지를 생성하는 선택적인 스테이지(1118)를 포함할 수 있다. 스테이지(1118)는 PDD가 제1 온도에 있을 때, 또는 그 이후 스테이지에서 실행될 수 있다.
PDD가 제2 온도(이는 제2 온도 범위일 수 있음)에서 작동할 때 수행되는 단계를 참조하면: 스테이지(1120)는 PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초하여 제2 제어 전압을 결정하는 단계를 포함한다. 스테이지(1122)는 제1 VCCC에 제2 제어 전압을 제공함으로써, 제1 VCCC가 활성 포토사이트에 제2 암전류 상쇄 전류를 부과하게 하는 단계를 포함하고; 스테이지(1124)는 (a) 객체에서 기원하는 활성 PD의 광 충돌, 및 (b) 상기 활성 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여, 활성 PD에 의해 제2 검출 전류를 생성하는 단계를 포함한다. 스테이지(1126)는 제2 검출 전류 및 제2 암전류 상쇄 전류에 응답하여, 제2 검출 전류보다 크기가 작은 제2 검출 신호를 활성 포토사이트에서 출력함으로써, 제2 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 보상하는 단계를 포함한다. 제2 암전류 상쇄 전류의 크기는 제1 암전류 상쇄 전류의 크기보다 크며, 1보다 어떤 비율로든 클 수 있다. 예를 들어, 비율은 적어도 2배 또는 상당히 더 높을 수 있다(예를 들어, 1, 2, 3 또는 그 이상의 자릿수만큼(orders of magnitude)). 방법(1100)은 또한 PDD의 복수의 포토사이트(및 선택적으로 이들 모두)로부터의 복수의 제2 검출 신호에 기초하여, PDD의 FOV의 적어도 하나의 제2 이미지를 생성하는 선택적인 스테이지(1128)를 포함할 수 있다. 스테이지(1128)는 PDD가 제2 온도에 있을 때, 또는 그 이후 스테이지에 실행될 수 있다.
선택적으로, 제1 암전류 상쇄 전류가 생성되는 제1 시간(t1) 동안, 활성 포토다이오드에 충돌하는 객체로부터의 방사(radiation)의 제1 레벨(L1)은 제2 암전류 상쇄 전류가 생성되는 제2 시간(t2) 동안, 활성 포토다이오드에 충돌하는 객체로부터의 방사의 제1 레벨(L2)과 실질적으로 동일하고, 여기서 상기 제2 검출 신호의 크기는 상기 제1 검출 신호의 크기와 실질적으로 동일하다. 선택적으로, 본 개시내용에 따른 PDD는 특정 작동 온도에서 포토다이오드에 생성된 암전류의 레벨보다 상당히 낮은(예를 들어, 1, 2 또는 그 이상의 자릿수만큼) 신호 레벨을 검출하는 데 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 방법(1100)은 암전류가 검출 신호보다 2배 또는 그 이상의 자릿수만큼의 크기이고 서로 상당히 상이한(예를 들어, × 2, ×10 계수 만큼) 2개의 서로 다른 온도에서, 유사한 레벨의 출력 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있다.
선택적으로, 제1 제어 전압을 결정하는 단계와 제2 제어 전압을 결정하는 단계는 레퍼런스 포토다이오드, 및 상기 레퍼런스 포토다이오드에 커플링된 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 제어-전압 생성 회로에 의해 실행된다.
선택적으로, 방법(1100)은 활성 포토다이오드 상의 바이어스에 대응하여 그 레벨이 결정되는 제1 입력 전압을 증폭기의 다른 입력에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(1100)은 레퍼런스 포토다이오드 상의 바이어스가 활성 포토다이오드 상의 바이어스와 실질적으로 동일하도록, 제1 입력 전압을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(1100)은 광검출 장치의 복수의 레퍼런스 포토다이오드의 서로 다른 암전류에 기초하여, 제1 제어 전압과 제2 제어 전압을 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 제1 제어 전압을 제공하는 단계는 서로 다른 암전류를 갖는 광검출 장치의 복수의 활성 포토다이오드 중 적어도 하나의 활성 포토다이오드에 각각 커플링되는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로에 동일한 제1 제어 전압을 제공하는 단계를 포함하고, 제2 제어 전압을 제공하는 단계는 복수의 활성 포토다이오드가 여전히 서로 다른 암전류를 가질 때, 복수의 제1 전압 제어 전류 회로에 동일한 제2 제어 전압을 제공하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 서로 다른 활성 포토다이오드는 동시에 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하고, 동시에 서로 다른 레퍼런스 포토다이오드는 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하고, 제어-전압 생성 회로는 제2 포토다이오드의 서로 다른 암전류의 평균화에 기초하여, 서로 다른 활성 포토다이오드에 동일한 제어 전압을 제공한다. 선택적으로, 방법(1100)은 전용 광학 장치를 사용하여 시야로부터의 광을 광검출 장치의 복수의 활성 포토사이트로 지향시키고, 시야로부터의 광이 광검출 장치의 복수의 레퍼런스 포토다이오드에 도달하는 것을 방지하는 단계를 포함할 수 있다.
PDD가 제1 온도(T1)에서 작동하는 경우: 단계(1010)에서, PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초한 제1 제어 전압(VCTRL1)이 결정되고; 단계(1020)에서, VCTRL1은 PDD의 적어도 하나의 활성 PD에 커플링된 제1 전압 제어 전류 회로(VCCC1)에 제공되어, VCCC1이 활성 포토사이트의 암전류를 상쇄하는(counter) 제1 다크 상쇄(dark countering) 전류(DC1COUNTERING)를 부과하게 하고; 단계(1030)에서, 활성 PD는 PDD의 FOV 내의 객체로부터 기원 또는 반사되어 활성 PD에 충돌하는 광과 활성 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여 제1 검출 전류(D1DETECTION)를 생성하고; 단계(1040)에서, 활성 포토사이트는 D1DETECTION 및 DC1COUNTERING에 응답하여 D1DETECTION보다 작은 크기의 제1 검출 신호를 출력한다.
PDD가 T1보다 적어도 10℃ 더 높은 제2 온도(T2)에서 작동하는 경우: 단계(1050)에서, PDD의 적어도 하나의 레퍼런스 PD의 암전류에 기초한 제2 제어 전압(VCTRL2)이 결정되고; 단계(1060)에서, VCTRL2는 VCCC1에 제공되어, VCCC1이 활성 포토사이트의 암전류를 상쇄하는 제2 암전류 상쇄 전류(DC2COUNTERING)를 부과하게 하고, 여기서 DC2COUNTERING은 DC1COUNTERING보다 적어도 2배 더 크고; 단계(1070)에서, 활성 PD는 PDD의 FOV 내의 객체로부터 기원 또는 반사되어 활성 PD에 충돌하는 광과 활성 PD에 의해 생성된 암전류에 응답하여 제2 검출 전류(D2DETECTION)를 생성하고; 그리고, 단계(1080)에서, 활성 포토사이트는 D2DETECTION 및 DC2COUNTERING에 응답하여 D2DETECTION보다 작은 크기의 제2 검출 신호를 출력한다.
도 11은 장치의 교정/테스트를 위해 장치(300)와 같은 장치를 사용하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 예를 들어, 레퍼런스 회로의 레퍼런스 전압을 설정함으로써, 모든 포토사이트에 매우 높은 전류(양 또는 음)를 강제로 인가하여, 주변 조명에 관계없이(환경을 제어할 필요 없이 실시간 작동 중일 수 있음), 전체 이미지가 ("실제" 검출 어레이에서) 매우 밝거나 매우 어두운 이미지가 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 이는 개별 포토사이트를 주기적으로 테스트하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 레퍼런스 회로에 제1 전류를 인가하여, 모든 포토사이트(301)의 커패시턴스를 강제로 완전히 충전하고, 그 전하를 샘플링하여 하나 이상의 포토사이트에 결함이 있는지를 결정할 수 있다. 마찬가지로, 레퍼런스 회로에 제2 전류를 인가하여, 모든 "실제" 커패시터를 완전히 방전시키고, 그 전하를 샘플링하여 하나 이상의 포토사이트에 결함이 있는지를 결정할 수 있다.
도 12는 본 명세서에 개시된 본 발명의 예에 따라, 광검출 장치를 테스트하기 위한 방법(1200)을 도시하는 흐름도이다. 예를 들어, 테스트는 앞서 언급한 광검출 장치 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다. 즉, 암전류의 영향을 감소시키는 데 유용한 것으로 위에서 설명된 동일한 회로 및 아키텍처를 추가로 사용하여, 서로 다른 포토사이트의 검출 경로를 실시간으로 테스트할 수 있다. 선택적으로, 테스트는 PDD가 작동 모드(즉, 테스트 모드가 아님)에 있는 동안 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 일부 포토사이트는 FOV의 주변 광에 노출되는 동안에 테스트될 수 있으며, 나아가 동일한 PDD의 다른 포토사이트가 FOV의 실제 이미지를 캡처하는 경우에도(암전류에 대한 보상 유무에 관계없이) 테스트될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 방법(1200)은 선택적으로 다른 유형의 PDD에서도 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 방법(1200)은 선택적으로 전술한 PDD와 관련하여 위에서 논의한 것과 유사한 회로 또는 아키텍처를 사용하여 구현될 수도 있지만, 포토다이오드가 높은 암전류를 특징으로 하지 않고 암전류의 감소가 필요하지 않거나 수행되지 않는 경우에 구현될 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 방법(1200)은 단일 포토사이트에 적용되는 것으로 설명되지만, PDD의 복수의 포토사이트에 적용될 수도 있고, 그들 모두에 적용될 수도 있다.
방법(1200)의 스테이지(1210)는 제어-전압 생성 회로의 증폭기의 제1 입력에 제1 전압을 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 증폭기의 제2 입력은 레퍼런스 포토다이오드, 및 증폭기의 출력 전압에 응답하여 제어되는 레벨로 전류를 공급하는 제2 전류 회로에 연결되고; 이에 의해 증폭기가 광검출 장치의 포토사이트의 제1 전류 회로에 대해 제1 제어 전압을 생성하게 한다. 이전 도면과 관련하여 설명된 예를 참조하면, 증폭기는 증폭기(318) 또는 증폭기(718)일 수 있고, 포토사이트는 포토사이트(310) 또는 포토사이트(310')일 수 있다. 제1 입력에 제공될 수 있는 제1 전압의 예는 아래에서 논의된다.
방법(1200)의 스테이지(1220)는 포토사이트의 제1 출력 신호를 판독하는 단계를 포함하고, 여기서 제1 출력 신호는 제1 전류 회로에 의해 생성된 전류 및 포토사이트의 포토다이오드에 응답하여, 포토사이트에 의해 생성된다.
방법(1200)의 스테이지(1230)는 증폭기의 제1 입력에 제1 입력과 상이한 제2 전압을 제공하여, 증폭기가 제1 전류 회로에 대해 제2 제어 전압을 생성하게 하는 단계를 포함한다. 제2 전압이 제공될 수 있는 예는 아래에서 논의된다.
방법(1200)의 스테이지(1240)는 제1 전류 회로에 의해 생성된 전류 및 포토사이트의 포토다이오드에 응답하여 포토사이트에 의해 생성된 포토사이트의 제2 출력 신호를 판독하는 단계를 포함한다.
방법(1200)의 스테이지(1250)는 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호에 기초하여, 광검출 장치의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 검출 경로는 포토사이트, 및 상기 포토사이트와 관련된 판독 회로를 포함한다. 제1 전압과 제2 전압의 서로 다른 조합을 사용하면서 어떤 유형의 결함이 검출될 수 있는지에 대한 예가 아래에서 논의된다.
제1 예는 (예를 들어, 실제 검출 레벨에 관계없이, VCCS를 통해 포토사이트의 커패시턴스에 매우 높은 전류를 제공함으로써) 포토사이트를 포화시키려는 시도를 하기 위해, 제1 전압과 제2 전압 중 적어도 하나의 전압을 사용하는 것을 포함한다. 포토사이트를 포화시키지 못하는 경우(예를 들어, 흰색이 아닌, 가능하게는 완전히 검은색 또는 중간색인 검출 신호를 수신함)는 관련 포토사이트 또는 판독 경로의 추가 구성요소(예를 들어, 포토사이트 증폭기, 샘플러, 아날로그-대-디지털 변환기)에 문제가 있음을 나타낸다. 이러한 경우, 제1 전압(예를 들어)은 증폭기가 제어 전압을 생성하게 하여, 제1 전류 회로가 포토사이트를 포화시키게 한다. 이러한 경우, 스테이지(1250)에서 결함 상태를 판단하는 것은 제1 출력 신호가 포화되지 않은 것으로 결정된 것에 응답하여, 해당 포토사이트의 검출 경로가 오작동하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 제2 전압은 포토사이트의 포화를 유발하지 않는 전압일 수 있다(예를 들어, 이는 VCCS가 전류를 발행하지 않게 하고, 암전류만을 보상하고, 전류가 커패시턴스에 의해 수집되는 것을 방지하게 한다). 포토사이트 검출 경로가 포화될 수 있는지 여부를 테스트하는 것은 실시간으로 구현될 수 있다.
PDD를 테스트하기 위해 하나 이상의 포토사이트를 포화시키려고 시도할 때, 방법(1200)은 광검출 장치의 제1 검출 프레임 동안 포토사이트가 주변 광에 노출되는 동안 제1 출력 신호를 판독하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 오작동 상태를 결정하는 단계는 제1 프레임보다 앞선 제2 검출 프레임에서 포화된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여, 검출 경로가 작동 가능하다고 미리 판단한 후 실행된다. 예를 들어, PDD의 진행 중인 작동(예를 들어, 비디오 캡처 중) 동안에, 동일한 작동 중 이전 시간에 성공한 후 포화 시도가 실패한 경우, 포토사이트가 결함이 있는 것으로 판단될 수 있다. 테스트는 비디오의 일부가 아닌 테스트 프레임에서 실행되거나, 또는 포화된 출력이 무시되는 개별 포토사이트에 대해 실행될 수 있다(예를 들어, 이러한 포토사이트에 해당하는 픽셀 색상은 테스트되는 프레임의 인접 픽셀에서 완료될 수 있고, 이러한 프레임 기간(span) 동안 이러한 포토사이트를 사용할 수 없는 것으로 처리할 수 있다).
제2 예는 (예를 들어, 실제 검출 레벨에 관계없이, VCCS를 통해 포토사이트의 커패시턴스에 매우 높은 전류를 제공함으로써) 포토사이트를 고갈(deplete)시키려는 시도를 하기 위해, 제1 전압과 제2 전압 중 적어도 하나의 전압을 사용하는 것을 포함한다. 포토사이트를 고갈시키지 못하는 경우(예를 들어, 검은색이 아닌, 가능하게는 완전히 흰색 또는 중간색인 검출 신호를 수신함)는 관련 포토사이트 또는 판독 경로의 추가 구성요소에 문제가 있음을 나타낸다. 이러한 경우, 제2 전압(예를 들어)은 증폭기가 제2 제어 전압을 생성하게 하여, 제1 전류 회로가 포토사이트에 충돌하는 시야 광으로부터 발생하는 검출 신호를 고갈시키게 한다. 이러한 경우, 스테이지(1250)에서 결함 상태를 판단하는 것은 제2 출력 신호가 고갈되지 않은 것으로 결정된 것에 응답하여, 검출 경로가 오작동하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 제1 전압은 포토사이트의 포화를 유발하지 않는 전압일 수 있다(예를 들어, 이는 VCCS가 전류를 발행하지 않게 하고, 암전류만을 보상하고, 커패시턴스를 포화시킬 수 있다). 포토사이트 검출 경로가 고갈될 수 있는지 여부를 테스트하는 것은 (예를 들어, 각 포토사이트를 어둡게 하지 않고) 실시간으로 구현될 수 있다.
PDD를 테스트하기 위해 하나 이상의 포토사이트를 고갈시키려고 시도할 때, 방법(1200)은 광검출 장치의 제3 검출 프레임 동안 포토사이트가 주변 광에 노출되는 동안 제2 출력 신호를 판독하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 오작동 상태를 결정하는 단계는 제3 프레임보다 앞선 제4 검출 프레임에서 고갈된 출력 신호를 판독하는 것에 응답하여, 검출 경로가 작동 가능하다고 미리 판단한 후 실행된다.
다중 제어 전압을 인가하여 포토사이트를 테스트하는 방법(1200)을 사용하기 위한 또 다른 예는 2개 이상의 전압을 인가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 3개 이상의 서로 다른 전압이 서로 다른 시간(예를 들어, 서로 다른 프레임)에서 증폭기의 제1 입력에 제공될 수 있다. 그러한 경우, 스테이지(1250)는 제1 출력 신호, 제2 출력 신호, 및 증폭기의 제1 입력에 인가되는 제3 또는 그 이상의 전압에 대응하는 적어도 하나의 다른 출력 신호에 기초하여, PDD의 검출 경로의 결함 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3개, 4개 또는 그 이상의 서로 다른 전압이 증폭기의 제1 입력에 서로 다른 시간에 인가될 수 있으며(예를 들어, 단조롭게, 모든 전압이 이전 전압보다 큰 경우), 서로 다른 전압에 대응하는 동일한 포토사이트의 출력 신호는 인가된 전압에 대응하도록 테스트될 수 있다(예를 들어, 출력 신호의 크기도 단조롭게 증가한다).
PDD의 일부(또는 그 전부)를 테스트하는 방법(1200)을 사용하기 위한 예는 PDD의 복수의 포토사이트 각각으로부터 각각의 포토사이트의 증폭기에 제공된 적어도 2개의 서로 다른 전압에 응답하는 적어도 2개의 출력 신호를 판독하는 단계, 각각의 제1 감지 경로와 관련된 적어도 하나의 포토사이트에서 출력되는 적어도 2개의 출력 신호에 기초하여 적어도 하나의 제1 검출 경로에 대한 작동 가능 상태를 결정하는 단계, 각각의 제2 검출 경로와 관련된 적어도 하나의 다른 포토사이트에 의해 출력된 적어도 2개의 출력 신호에 기초하여 적어도 하나의 제2 검출 경로에 대한 오작동 상태를 결정하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 방법(1200)은 PDD가 주변 광으로부터 차폐될 때, 및/또는 지정된 조명을 사용할 때(예를 들어, 알려진 크기, 전용 내부 조명 등)(반드시 그럴 필요는 없음), 지정된 테스트 타겟(예를 들어, 검은색 타겟, 흰색 타겟)과 조합하여 실행될 수 있다.
선택적으로, 스테이지(1250)는 검출 경로의 작동 상태를 결정하는 것으로 대체될 수 있다. 이는 예를 들어, PDD의 다양한 포토사이트를 동일한 레벨으로 교정(calibrate)하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, PDD가 어두워지고 전용 타겟이나 전용 조명이 없는 경우, 서로 다른 포토사이트의 VCCS에 동일한 전압이 인가될 수 있다. 서로 다른 포토사이트의 서로 다른 출력 신호는 (증폭기의 제1 입력에 인가되는 하나 이상의 서로 다른 전압에서) 서로 비교될 수 있다. 비교에 기초하여, 보정 값이 서로 다른 포토사이트 검출 경로에 할당될 수 있고, 이는 유사한 조명 레벨에 대해 유사한 출력 신호를 제공할 수 있다(이는 서로 다른 포토사이트의 VCCS에 의해 포함된 전류에 의해 시뮬레이션됨). 예를 들어, 포토사이트(B)에 보정된 출력 신호를 출력하기 위해서는, 포토사이트(A)의 출력에 1.1을 곱해야 한다고 결정할 수 있다. 예를 들어, 포토사이트 D에 대하여 보정된 출력 선호를 출력하기 위해서는, 포토사이트(C)의 출력에 델타 신호(ΔS)를 더해야 한다고 결정할 수 있다. 비선형 보정도 구현될 수 있다.
이러한(및 유사한) 기술은 교정 및 테스트를 위해 사용될 수 있고, 이는 작동(즉, 광 검출) 모드와 다른 모드(예를 들어, 아래에 설명되는 교정 모드 및/또는 테스트 모드) 모두에서, 두 포토다이오드에 동일한 캐소드 전압이 인가된다. (작동 모드에서) 작동 바이어스는 제1 입력 전압 VFI의 특정 값에 있다. 테스트 방법의 예는 다음과 같다:
예 1: (a) 제1 입력 전압 VFI /Vy를 다른 값으로 변경하고, (b) 각 포토사이트에 대해 지속적으로 다른 출력 레벨을 수신하는지 확인하고, 이에 의해 (c) 판독 회로/판독 경로를 테스트한다.
예 2: 결함 있는 포토사이트 확인: (a) 제1 입력 전압 VFI /Vy를 매우 높음/매우 낮음으로 변경하고, (b) 어떤 포토사이트가 변경되지 않고/불충분하게 검은색/흰색으로 남아 있는지 확인한다.
섹션 II - 유휴 기간 동안 전하 어그리게이션(집성)을 방지하기 위한 포토사이트 판독 회로 아키텍처
본 섹션에서 논의된 실시예는 환경으로부터 광, 특히 펄스 광원의 반사된 빛을 수집하는 포토사이트의 작동 및 아키텍처에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 포토사이트는 도 9의 전기 광학 시스템과 관련하여, 위의 섹션 I에서 설명한 것과 유사한 방식으로, 광원에 의해 생성된 조명 펄스를 사용하여 객체를 조명함으로써 환경의 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 조명 펄스는 환경에 있는 하나 이상의 객체에서 반사되고, 반사된 빛은 포토사이트의 하나 이상의 포토다이오드에 충돌하여, 이러한 포토다이오드 각각에 의해 포토다이오드-생성 전류가 생성되게 한다. 조명 펄스는 본 명세서에서 검출, 판독 또는 샘플링 윈도우(이는 이미징 프레임과 같은 더 큰 샘플링 시간 내에서 발생하는 연속 샘플링 윈도우일 수 있음)로 지칭되는 것과 타이밍이 맞춰지거나 동기화될 수 있다. 따라서, 포토다이오드-생성 전류는 앞서 언급한 각 샘플링 윈도우 동안 생성되고, 하나 이상의 포토사이트 판독 회로로 식별되는(identified) 커패시터 양단에 결과적으로 축적된 전하는 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 이러한 샘플링 윈도우 동안 또는 더 큰 샘플링 시간이 끝날 때 측정된다.
아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 전기 광학 시스템 및/또는 이미징 센서는 하나 이상의 포토사이트 판독 회로를 구현할 수 있고, 이들 각각은 증폭기 피드백 경로의 일부를 형성하는 하나 이상의 커패시터 및 증폭기로 구현된다. 선택적으로, 하나 이상의 포토다이오드에 의해 생성된 전하의 수집은 포토사이트의 다른 구성요소의 기생 커패시턴스에 의해 촉진될 수 있고, 커패시터가 아래에 언급될 때마다, 필요한 부분만 수정하여 기생 커패시턴스가 전하 수집을 위해 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 포토사이트의 작동 동안, 증폭기는 포토다이오드에 커플링되고, 이에 의해 증폭기는 포토다이오드-생성 전류로 인해 커패시터에 걸쳐 전하의 집적 또는 축적을 나타내는 전기 신호를 출력한다. 따라서, 각 프레임에 대해, 전기 신호는 해당 프레임 동안(즉, 해당 프레임의 연속적인 샘플링 윈도우 각각에 걸쳐) 포토사이트 판독 회로에 의해 캡처된 광의 양을 나타낸다. 이러한 작동 개요를 통해, 유휴 기간(즉, 각 프레임 내 샘플링 윈도우 사이) 동안 추가 전하가 축적되면 잘못된 전하 축적이 발생할 수 있으며, 따라서 전기 신호는 각각의 프레임 동안 포토사이트 판독 회로에 의해 캡처된 더 많은 양의 빛을 잘못 나타낼 수 있는 것이 분명하고, 이는 포토사이트의 커패시턴스의 포화 또는 기타 해로운 결과를 초래할 수 있다. 본 섹션에서 논의되는 포토사이트 판독 회로의 아키텍처 및 작동은 이러한 문제를 해결하는 것을 목표로 한다.
도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른, 예시적인 포토사이트 판독 회로 아키텍처를 도시한다. 도 13에 도시된 포토사이트 판독 회로(1301)는 커플링된 포토다이오드(1308)와 함께, 현재 섹션 전체에서 "포토사이트"(1300)로 지칭되는 것을 형성한다. 도 13 및 아래의 많은 예는 단일 포토다이오드를 포함하는 포토사이트에 관한 것이지만, 포토사이트(1300)는 선택적으로 단일 포토사이트 판독 회로(1301)에 의해 판독되는 복수의 포토다이오드(1308)를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 아래의 논의가 단일 포토다이오드(1308)에 커플링된 포토사이트 판독 회로(1301)와 관련된 모든 곳에서, 명시적으로 언급되지 않더라도, 필요한 부분을 약간 수정하여 복수의 포토다이오드(1808)를 판독하기 위해 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 서로 다른 포토다이오드(1308)는 단일 포토사이트 판독 회로(1301)에 의해 병렬로(즉, 동시에), 서로 다른 시간(예를 들어, 서로 다른 샘플링 윈도우에서) 또는 임의의 다른 적절한 방식으로 판독될 수 있다. 포토사이트(1300)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 이미징 센서 및/또는 전기 광학 시스템의 일부로서 구현되는 임의의 적합한 수의 포토사이트 중에서 포함될 수 있다. 예를 들어, 이러한 센서는 카메라, 라이다(Lidar) 센서, 분광계 등의 일부일 수 있다. 다양한 실시예에서, 다양한 포토사이트 판독 회로(1301)는 하나 이상의 포토다이오드(1308)를 공유할 수 있거나, 또는 다양한 포토사이트 판독 회로(1301) 각각은 전용 포토다이오드(1308)로 식별될 수 있다.
또한, 다양한 실시예에서, 포토다이오드(1308)는 포토사이트 판독 회로(1301)의 일부로서(예를 들어, 동일한 웨이퍼, 실리콘, 칩 등에서) 또는 별개의 구성요소로서(예를 들어, 개별 웨이퍼, 실리콘, 칩 등) 통합될 수 있다. 어떤 경우에, 포토다이오드(1308)는 특정 파장 또는 파장 범위의 충돌하는 광에 응답하여 포토다이오드-생성 전류를 생성하도록 구성되며, 이는 포토사이트(1300)가 일부를 형성하는 이미징 센서 및/또는 전자 광학 시스템의 특정 실시예에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 충돌하는 광은 위에서 논의된 바와 같이 환경 내의 다양한 객체로부터 반사된 조명 펄스로 식별될 수 있다. 따라서, 포토다이오드(1308)는 예를 들어, 전형적으로 0.9 내지 1.7μm 파장 범위 내로 간주되지만 0.7 내지 2.5μm로 분류될 수도 있는, 단파 적외선(SWIR)으로 식별되는 파장을 갖는 충돌하는 광에 응답하여 포토다이오드-생성 전류를 생성할 수 있다. 그러나, 이들 파장은 예로서 제공되며, 본 명세서에 논의된 실시예는 이들 특정 파장 내에서의 작동으로 제한되지 않는다.
포토사이트 판독 회로(1301)는 2개의 입력 단자(1304, 1306) 및 출력 단자(1307)를 포함하는 증폭기(1302)를 포함한다. 증폭기(1302)는 예를 들어, 연산 증폭기와 같은 임의의 적합한 유형의 증폭기로 구현될 수 있다. 비록 증폭기(1302)가 특정 애플리케이션에 따라 임의의 적절한 전압 또는 전압 범위의 전력 레일을 활용할 수 있지만, 전력 핀 및 레일과 같은 추가 연결은 간결성을 위해 도시되지 않았다. 도 13에 도시된 바와 같이, 증폭기(1302)의 하나의 입력 단자는 하나 이상의 포토다이오드(1308)가 연결될 수 있는 지점 A에서 포토다이오드(1308)에 커플링되고, 따라서 포토다이오드 신호 입력(1304)을 나타낸다. 증폭기(1302)의 다른 입력 단자는 (예를 들어, 아래에서 논의된 바와 같이) 레퍼런스 신호를 제공하는 소스가 연결될 수 있는 지점 B에서 레퍼런스 신호에 커플링되고, 따라서 레퍼런스 신호 입력(1306)을 나타낸다. 증폭기(1302)의 출력 단자는 증폭기 출력(1307)으로 식별되고, 이는 아래에서 더 자세히 설명하는 것과 같이 2개의 개별적이고 선택적으로-커플링된 피드백 경로에 커플링된다.
따라서, 증폭기(1302)는 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 포토다이오드(1308)를 통해 생성되며 포토다이오드(1308)에 충돌하는 특정 파장의 광에 응답하여 생성되는 포토다이오드-생성 전류를 또한 나타내는 신호를, 포토다이오드 신호 입력(1304)에서 수신하도록 구성되고, 포토다이오드(1308)는 샘플링 윈도우 동안 포토다이오드(1308)에 의해 생성된 암전류와 같은 추가 구성요소를 또한 포함할 수도 있다. 증폭기(1302)는 또한 외부 레퍼런스 신호 소스를 통해 생성된 레퍼런스 신호를 수신하도록 구성된다. 레퍼런스 신호는 전압 레퍼런스 또는 전류 레퍼런스일 수 있으며, 따라서 레퍼런스 신호는 레퍼런스 신호 소스에 의해 유지되는 전류 레벨 또는 전압 레벨을 나타낸다. 경우에 따라, 레퍼런스 전압 또는 전류는 증폭기(1302)로 식별된 트랜지스터를 작동 지점으로 가져옴으로써, 포토사이트 판독 회로(1301)를 바이어스하는 데 사용된다. 더욱이, 레퍼런스 신호가 레퍼런스 전압인지 레퍼런스 전류 레벨인지에 관계없이, 레퍼런스 신호는 포토사이트 판독 회로(1301)의 지점 A에서 레퍼런스 전압 레벨이 형성되도록 하며, 이는 또한 증폭기(1302)의 입력 단자 사이의 가상 단락으로 인해 지점 A에서도 생성된다. 포토사이트 판독 회로(1301)의 지점 A에서의 레퍼런스 전압 레벨은 도 13에 도시된 바와 같이, 포토다이오드 신호 입력(1304)의 커플링을 통해 포토다이오드(1308)에 대한 바이어스를 생성한다. 예를 들어, (예를 들어, 하나 이상의 레퍼런스 포토사이트를 사용하여) 레퍼런스 신호를 제공하기 위해 위에서 논의된 방법 중 임의의 방법은 레퍼런스 신호를 증폭기(1302)에 제공하는 데 사용될 수 있다.
레퍼런스 신호는 컨트롤러(이는 포토다이오드(1308)와 마찬가지로, 포토사이트 판독 회로(1301)의 일부로서 통합되거나 포토사이트 판독 회로(1301) 외부에 통합될 수 있음)에 의해 결정될 수 있는 임의의 적절한 방식으로 생성될 수 있다. 컨트롤러는 작동 조건(예를 들어, 주변 광 레벨, 온도 등)에 따라 다양한 샘플링 윈도우 및/또는 더 큰 샘플링 시간(예를 들어, 프레임당)에 대해 레퍼런스 신호의 진폭을 선택적으로 변경할 수 있다. 레퍼런스 신호 레벨을 제어하는 컨트롤러는 예를 들어, 컨트롤러(338)로 식별될 수 있고, 레퍼런스 신호는 섹션 I에서 전술한 바와 같이, 레퍼런스 포토사이트(310)의 출력으로 식별될 수 있다. 대안적으로, 컨트롤러는 본 섹션에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 컨트롤러(1602)로 식별될 수 있고, 레퍼런스 신호는 그렇게 하기 위한 공지된 기술을 포함하여, 임의의 적합한 레퍼런스 소스(예를 들어, 레퍼런스 신호 생성 소스(1640))에 의해 생성될 수 있다.
레퍼런스 신호가 생성되는 방법 및 레퍼런스 신호가 레퍼런스 전류 또는 레퍼런스 전압을 나타내는지 여부에 관계없이, 증폭기(1302)는 입력 전압의 인테그랄(integral)에 비례하는 출력 전압을 제공할 수 있다. 예를 들어, 포토다이오드-생성 전류는 위의 섹션에서 논의한 것과 같이, 각 샘플링 윈도우 동안 커패시터(1314)에 전하가 축적되게 하며, 이러한 전하는 커패시터(1314)의 두 단자에 걸친 전압으로 변환된다. 여러 연속적인 샘플링 윈도우를 포함할 수 있는 특정 누적(cumulative) 샘플링 시간(예를 들어, 프레임)이 끝나면, 지점 C에서의 전압이 판독 회로를 통해 판독된다. 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
판독 회로는 간략하게 설명하기 위해 도 13에 도시되어 있지 않지만, 포토사이트 판독 회로(1301)의 일부 또는 외부에 통합될 수 있다. 판독 회로는 예를 들어, 섹션 I을 참조하여 위에서 설명한 판독 회로(610)로서 구현될 수도 있고, 대안적으로, 판독 회로는 판독 회로 구현의 공지된 기술을 포함하여, 본 섹션에서 더 자세히 설명되는 이러한 기능을 수행하도록 구성된 임의의 적합한 구성요소(예를 들어, 도 16을 참조하여 아래에서 더 자세히 설명되는 판독 회로(1650))로 구현될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 논의된 포토사이트 판독 회로(1301)는 증폭기(1302) 및 관련 상호 연결부 및 구성요소 모두를 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 샘플링 윈도우 동안 포토사이트 판독 회로(1301)에 의해 캡처된 광의 양을 나타내는 전압 또는 다른 전기 신호를 생성하는 기능을 한다. 포토사이트 판독 회로(1301)는 본 섹션 전반에 걸쳐 더 자세히 논의되는 바와 같이, 하나 이상의 샘플링 윈도우 동안 생성된 전압을 실제로 측정하거나 판독하는 기능을 하는 판독 회로로 식별되는 추가 회로 구성요소를 포함할 수 있다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 누적 판독되기 위해 전하가 수집되는 동안의 샘플링 윈도우의 수는 판독될 샘플링 윈도우 시퀀스의 제1 샘플링 윈도우 이전에 커패시터(1314)의 전하를 리셋함으로써 결정될 수 있다.
유휴 시간 윈도우 동안 포토다이오드-생성 전류의 기여를 줄이거나 제거하면서 생성된 전압의 측정을 수행하기 위해, 포토사이트 판독 회로(1301)는 도 13에 도시된 바와 같이 증폭기(1302)에 대해 2개의 개별 피드백 경로를 구현할 수 있다. 각각의 피드백 경로는 커플링된 스위칭 구성요소(1310, 1312)를 통해 선택적으로 연결되거나 연결해제되며, 스위칭 구성요소(1301, 1312) 상태의 서로 다른 조합은 서로 다른 각각의 스위칭 상태 및 대응 작동 페이즈를 생성한다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 이러한 방식으로 2개의 개별적으로 선택적-커플링된 피드백 경로를 사용하면, 커패시터(1314)가 오프 시간 또는 유휴 시간 동안 전하를 유지하는 동시에, 포토다이오드(1308)를 지정된 바이어스로 유지하는 것이 보장된다. 그렇게 하면 포토다이오드(1308)의 기생 커패시턴스로 인해 주변 전류 또는 암전류가 축적되는 것을 방지하고, 또한 증폭기(1302)의 출력을 작동 지점에서 유지한다.
예를 들어, 제1 피드백 경로는 스위칭 구성요소(1310), 및 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 연결부를 포함할 수 있다. 제2 피드백 경로는 스위칭 구성요소(1312), 커패시터(1314), 및 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 연결부를 포함할 수 있다. 비록 커패시터(1314)가 도면에서 단일 구성요소로 도시되어 있지만, 이는 단지 예시일 뿐 제한이 아니며, 커패시터(1314)는 원하는 구현에 따라 임의 적절한 수 및/또는 커패시터 구성의 등가 커패시턴스를 나타낼 수 있다는 점에 유의해야 한다.
스위칭 구성요소(1310, 1312) 각각은 전계-효과 트랜지스터 또는 임의의 적합한 유형의 트랜지스터와 같은, 임의의 적합한 수 및/또는 유형의 전자-제어 스위치로서 구현될 수 있다. 따라서, 스위칭 구성요소(1310, 1312)는 대안적으로 본 명세서에서 "스위치"뿐만 아니라, "리셋 스위치(1310)" 및 "집적 스위치(1312)"로도 각각 지칭될 수 있다. 따라서, 스위칭 구성요소(1310, 1312)의 상태는 본 섹션에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 컨트롤러를 통해 전자적으로 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 스위칭 구성요소(1310)는 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307)을 서로 직접 연결하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된다. 제2 스위칭 구성요소(1312)는 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307)을 커패시터(1314)를 통해 서로 연결하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된다.
또한, 포토사이트(1300)는 포토다이오드(1308)에 충돌하는 광을 검출함으로써 작동하며, 이는 커패시터(1314) 단자들에 축적된 전하의 결과로 측정된 전압으로 변환된다. 각 프레임(또는 다른 적절한 샘플링 시간)은 여러 개의 연속적인 샘플링 윈도우를 포함할 수 있으며, 이는 각각 포토다이오드(1308)에서 광 펄스의 수신과 동기화될 수 있다. 이러한 샘플링 윈도우는 본 명세서에서 대안적으로 검출 윈도우로 지칭될 수 있다. 포토사이트(1300)의 집광(light-collecting)(본 명세서에서는 "집적 페이즈"라고도 지칭됨) 작동 동안, 각각의 검출 윈도우 동안 포토다이오드-생성 전류에 응답하여 커패시터(1314)에 걸쳐 전하가 축적된다. 그러나, 각각의 검출 윈도우 사이의 시간(예를 들어, 포토사이트의 미리 정의된 검출 범위 내의 객체에서 반사되는 방출된 광 펄스가 포토다이오드(1308)에서 수신될 것으로 예상되지 않는 시간)는 유휴 시간으로 간주된다. 이상적으로, 포토다이오드-생성 전류는 이러한 유휴 시간 동안 커패시터(1314)에 대한 전하의 추가 축적에 기여해서는 안 되며, 축적된 전하는 감소되지 않고 유지되어야 한다. 이러한 경우, 커패시터(1314)에 축적된 전압은 원하는 충돌 광 펄스에 응답하여 각각의 샘플링 윈도우 세트 동안 포토사이트 판독 회로(1301)에 의해 캡처된 광의 양을 정확하게 나타내며, 이는 다시 단일 프레임 또는 다른 적절한 샘플링 시간으로 식별될 수 있다. 검출 윈도우 동안 축적된 전압은 일부 경우 검출 윈도우 전체에 수집된 암전류 및 노이즈를 나타낼 수도 있지만, 예를 들어 광검출 장치(300)와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 적어도 부분적으로 이러한 전하의 수집을 완화하는 것이 가능하다.
아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 이러한 목표는 포토사이트 판독 회로(1301)의 특정 스위칭 상태 및 각각의 작동 페이즈를 검출 윈도우 스케줄과 동기화함으로써 더 우수하게 달성된다. 도 14a 내지 도 14d 각각에 도시된 바와 같이, 각각의 스위칭 상태는 각각의 스위칭 구성요소(1310, 1312)의 전도성 상태(예를 들어, "온" 또는 "닫힘" 대 "오프" 또는 "개방"의 이진 전도성 상태)의 고유한 조합을 나타낸다. 스위칭 구성요소(1310, 1312)의 서로 다른 전도 상태 사이의 전이(transition)는 여기에 설명된 바와 같이 컨트롤러를 통해 제어될 수 있다.
예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같이, 이들 작동 페이즈 중 하나는 포토사이트 판독 회로(1301)의 리셋 페이즈로 식별되며, 그 동안 포토사이트 판독 회로(1301)는 리셋 스위칭 상태에 있다. 도 14a에 도시된 바와 같은 리셋 스위칭 상태는 스위칭 구성요소(1310, 1312) 각각이 닫히거나 단락되는 것에 대응한다. 리셋 페이즈 동안, 커패시터(1314)는 제1 피드백 경로를 통해 방전되고, 이에 따라 지점 C 지점에서의 출력 전압이 초기화되거나 미리 결정된 리셋 전압 값으로 리셋된다. 상기 미리 결정된 리셋 전압 값은 예를 들어, 0V와 같은 임의의 적절한 미리 결정된 전압 값일 수 있다. 다른 예로서, 미리 결정된 리셋 전압 값은 레퍼런스 신호 입력(1306)에서 레퍼런스 신호로 제공되는 레퍼런스 전압일 수 있거나, 레퍼런스 신호가 전류 값을 나타내는 경우, 미리 결정된 리셋 전압 값은 레퍼런스 전류의 함수 및/또는 레퍼런스 전류에 비례할 수 있다.
달리 말하면, 작동의 리셋 페이즈는 특정 샘플링 시간 이전(및 선택적으로 이후)에 적용되고, 이는 증폭기(1302)의 다른 입력에 제공되는 레퍼런스 신호에 따라, 지점 A가 증폭기(1302)에 의해 미리 결정된 리셋 전압 값이 되도록, 커패시터(1314)를 완전히 방전시키는 기능을 한다. 레퍼런스 신호는 (예를 들어, 일정한, 미리 결정된, 또는 제어 가능하게 수정된) 레퍼런스 전압 또는 전류를 나타낼 수 있다. 이러한 레퍼런스 신호는 (예를 들어, 광검출 장치(300)와 관련하여) 본 명세서에서 논의된 바와 같이 컨트롤러를 통해 선택적으로 설정될 수 있다. 리셋 페이즈에서, 포토다이오드(1308)에 의해 제공된 임의의 포토다이오드-생성 전류는 지점 A의 전압이 (예를 들어 레퍼런스 신호에 따라) 유지되도록, 증폭기(1302)에 의해 보상된다.
이제, 15를 참조하면, 도 15는 본 개시내용의 실시예에 따라, 여러 검출 윈도우를 포함하는 샘플링 시간 동안 작동 페이즈의 예를 도시한다. 도 15는 리셋 페이즈가 샘플링 시간(예를 들어, 프레임)의 초기에 사용됨을 도시한다. 따라서, 도 15에 도시된 예시적인 샘플링 시간은 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 간결함을 위해 3개의 샘플링 윈도우를 포함하는 단일 프레임을 나타낼 수 있지만, 프레임은 특정 애플리케이션에 따라 3보다 작거나 많은 임의의 적절한 수의 샘플링 윈도우를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다(예를 들어, , 2 내지 10, 약 수십 단위 또는 약 수백 단위 등).
도 15에 도시된 샘플링 시간은 본 명세서에 설명된 실시예에 따라, 작동 페이즈 및 여러 샘플링 윈도우에 걸쳐 커패시터(1314)에 축적된 수반되는 전하가 중첩된 3개의 그래프를 도시한다. 도 15를 참조하면, 그래프가 (예를 들어, 수반되는 제어 신호의 논리 하이 값에 대한 응답으로) 하이 위치에 있을 때, 스위칭 구성요소(1310, 1312)는 "온"(이는 "닫힘" 또는 "전도성"으로도 지칭됨) 상태에 있는 것으로 가정된다. 또한, 그래프가 (예를 들어, 수반되는 제어 신호의 논리 로우 값에 대한 응답으로) 로우 위치에 있을 때, 스위칭 구성요소(1310, 1312)는 "오프"("개방" 또는 "비-도전성"으로도 지칭됨) 상태에 있는 것으로 가정된다. 따라서, 위쪽 두 그래프는 샘플링 시간 동안 스위칭 구성요소(1310)(중간 그래프) 및 스위칭 구성요소(1312)(상단 그래프) 각각에 대한 시간에 따른 제어 신호의 논리 값을 나타내는 반면, 아래쪽 그래프는 샘플링 시간 동안 시간이 지남에 따라 커패시터(1314) 상의 전압 축적을 도시한다.
따라서, 포토사이트 판독 회로(1301)가 도 15에 도시된 바와 같이 샘플링 시간 동안 샘플링 또는 측정을 수행하기 이전에, 제1 리셋 페이즈는 지점 A의 전압을 미리 결정된 리셋 전압 값으로 초기에 리셋시킨다. 리셋 페이즈 이후의 다음 순차적 작동 페이즈가 도 14b에 도시되어 있고, 그 동안 포토사이트 판독 회로(1301)는 집적 스위칭 상태에 놓이게 된다. 선택적으로, 포토사이트 판독 회로(1301)는 리셋 페이즈와 집적 페이즈 사이의 전이 페이즈로 스위칭될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 도 14b에 도시된 집적 스위칭 상태는 스위칭 구성요소(1310)가 개방되어 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 제1 피드백 경로를 연결해제하고, 스위칭 구성요소(1312)가 닫히거나 단락되어 커패시터(1314)를 통해 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 제2 피드백 경로를 연결하는 것에 대응한다. 입력(1304) 및 증폭기 출력(1307)은 커패시터(1314)를 통해 전달된다. 이러한 집적 페이즈 동안, 집적 스위칭 상태에서의 제1 및 제2 피드백 경로의 구성은 커패시터(1314) 양단에 전압이 축적되게 한다.
여러 집적 페이즈가 도 15에 도시되어 있는데, 이들 각각은 샘플링 시간 내에서 서로 다른 검출 윈도우에 대응(예를 들어, 동기화)된다. 각각의 검출 윈도우 동안, 포토다이오드(1308)의 포토다이오드-생성 전류의 결과로서 커패시터(1314)에 전하가 수집된다. 또한, 각각의 검출 윈도우는 본 명세서에 논의된 광원에 의해 생성된 임의의 적절한 수의 광 펄스가 예를 들어, 충돌 시 포토다이오드(1308)에 의해 수신되는 시간과 동기화될 수 있다. 본 명세서에서는 포토다이오드(1308)에서 단일 광 펄스를 수신하는 것과 관련하여 집적 페이즈 및 대응 검출 윈도우가 참조되지만, 이는 예시일 뿐 제한이 아니며, 상기 집적 페이즈 및 대응 검출 윈도우는 각각의 포토다이오드(1308)에 충돌하는 임의의 적절한 수의 광 펄스를 나타낼 수 있다(예를 들어, 200미터와 같이 시스템의 의도된 검출 범위보다 짧은, 짧은 시간 범위 내에 서로 방출되는 펄스의 컨덴스(condense) 트레인). 따라서, 각각의 집적 페이즈는 본 명세서에 언급된 바와 같이, 포토사이트 판독 회로(1301)의 "집광" 작동 모드로 간주될 수 있다. 각각의 광 펄스에 대한 집적 시간, 즉 검출 윈도우 시간은 본 명세서에 논의된 바와 같이 제어기에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 광 방출을 개시하는 트리거링 신호에 기초하여, 특정 구현에 따라 캡처되는 관심 거리 범위(예를 들어, 10m 내지 100m) 및 광원 광 펄스의 타이밍에 대한 종래 지식을 사용하여, 이러한 방식으로 포토사이트 판독 회로(1301)의 집적 페이즈를 동기화할 수 있다.
집적 페이즈 이후의 다음 순차적 작동 페이즈가 도 14c에 도시되어 있고, 그 동안 포토사이트 판독 회로(1301)는 전이 스위칭 상태에 놓이게 된다. 도 14c에 도시된 바와 같은 전이 스위칭 상태는 스위칭 구성요소(1310, 1312)가 둘 다 개방되어 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 제1 피드백 경로를 연결해제할 뿐만 아니라, 커패시터(1314)를 통해 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 제2 피드백 경로를 연결해제하는 것에 대응한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 집적 페이즈와 홀드 단계 사이 및/또는 홀드 페이즈와 집적 페이즈 사이에서 전이 페이즈를 이용하여, 두 피드백 경로가 동시에 온되는 상태를 방지하고, 그에 의해 바람직하지 않은 경우(즉, 리셋 스위칭 상태의 바람직하지 않은 발생을 방지하기 위한 경우), 제1 피드백 경로를 통해 커패시터(1314) 상에 축적된 전하가 방전되는 것을 방지할 수 있다. 홀드 페이즈는 커패시터(1314)에 축적된 전하가 이러한 시간 동안 홀드(즉, 유지)되고, 따라서 이러한 시간은 도 15의 예에서 처음 2개의 홀드 페이즈로 도시된 바와 같이, 인접한 검출 윈도우 사이의 홀딩 시간으로 사용될 수 있기 때문에, 그렇게 지칭될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 홀드 페이지로 식별된 시간은 도 15의 예에서 마지막 홀드 페이즈로 도시된 바와 같이, 판독 회로가 커패시터(1314) 상의 전압 값을 판독할 수 있는 판독 페이즈로 식별될 수도 있다. 따라서, 홀드 페이즈는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 유지 작동(즉, 홀드 작동) 또는 판독 작동으로 식별될 수 있다.
전이 단계 이후의 다음 순차적 작동 페이즈가 도 1에 도시되어 있고, 그 동안 포토사이트 판독 회로(1301)는 홀드 스위칭 상태에 놓이게 된다. 도 14d에 도시된 홀드 스위칭 상태는 스위칭 구성요소(1310)가 닫혀서 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 제1 피드백 경로를 연결하고, 스위칭 구성요소(1312)가 개방되어 커패시터(1314)를 통해 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 제2 피드백 경로를 연결해제하는 것에 대응한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 홀드 페이즈는 판독 회로가 전압 값을 판독할 수 있도록, 커패시터(1314)에 걸쳐 집적된 전하를 홀드하거나 유지하기 위해, 인접한 집적 페이즈 사이에서도 사용된다. 이러한 방식으로 판독된 전압 값은 대안적으로 검출 신호로 지칭될 수도 있음에 유의해야 한다. 더욱이, 반드시 그럴 필요는 없지만, 집적 페이즈와 홀드 페이즈 사이 및/또는 홀드 페이즈와 집적 페이즈 사이의 전이 페이즈는 가능하게는, 포토사이트 판독 회로(1301)가 구현되는 특정 시스템의 토글링 속도 성능에 따라, 매우 짧은 시간일 수 있다는 점(예를 들어, 1나노초 내지 1마이크로초)에 유의해야 한다.
도 14d의 홀드 페이즈에 대해 도시된 스위칭 구성요소(1310, 1312)의 구성은 커패시터(1314) 양단의 축적된 전하가 유지되는 것을 보장한다. 포토다이오드(1308) 양단의 실질적으로 일정한 전압(포토다이오드(1308)의 다른 단자의 전압이 일정하게 유지되거나, 증폭기(1302)에 제공된 레퍼런스 신호의 변화와 동기화된다고 가정함)는 제1 피드백 경로, 즉 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 직접 연결의 결과로서 증폭기(1302)를 통해 구현된다. 지점 A의 전압은 홀드 페이즈 동안 실질적으로 일정하게 유지되고(그 시간 동안 실질적으로 일정한 레퍼런스 신호에 기초한 증폭기(1302)의 작동으로 인해). 이는 포토다이오드(1308)가 계속해서 전류를 방출하더라도(예를 들어, "암전류", 포토다이오드(1308)에 충돌하는 주변 광 등으로 인해), 포토다이오드(1308)에 연결된 커패시터(1314)의 단자(예를 들어, "플레이트") 상의 전압도 또한 일정하게 유지한다. 이러한 방식으로, 도 14d에 도시된 판독 스위칭 구성은 커패시터(1314) 양단의 전압이 판독되거나 단순히 다음 검출 윈도우까지 유지될 때, 포토다이오드(1308)에 의해 방출된 임의의 추가적인 원하지 않는 전류가 커패시터(1314) 양단 상의 전하의 추가 축적에 기여하지 않도록 보장한다.
또한, 커패시터(1314) 양단의 전압은 여러 개의 연속적인 검출 윈도우에 걸쳐 포토사이트 판독 회로에 의해 수집(예를 들어, 판독)될 수 있다. 이러한 경우, 홀드 페이즈는 도 15에 도시된 바와 같이, 각각의 연속적인 검출 윈도우 사이에서 커패시터(1314)의 전압을 유지하는 기능을 하고, 그 결과 다음 집적 페이즈는 커패시터(1314) 상의 전압의 추가 축적 또는 집적을 가능하게 한다. 따라서, 홀드 스위칭 상태에서의 제1 및 제2 피드백 경로의 구성은 포토다이오드(1308)에서 미리 결정된 또는 일정한 전압 또는 전류 바이어스(예를 들어, 제로 바이어스, 역 바이어스 등)를 동시에 유지하는 기능을 하고, 이에 의해 주변 전류 또는 암전류가 다이오드의 기생 커패시턴스에 축적되는 것을 방지한다. 다시 말하지만, 이는 위에서 언급한 레퍼런스 신호를 사용한 결과이며, 이는 경우에 따라 증폭기(1302)의 레퍼런스 신호 입력(1306)에 레퍼런스 전압 또는 전류를 제공할 수 있다. 따라서, 그와 동시에, 홀드 스위칭 상태의 구성은 또한 증폭기(1302)의 출력을 작동점(working point), 예를 들어 본 명세서에 설명된 레퍼런스 신호를 사용하여 컨트롤러를 통해 설정되는 미리 결정된 전압 또는 전류 레퍼런스 값으로 유지한다.
더 큰 샘플링 시간(예를 들어, 프레임)의 끝으로 식별되는 홀드 페이즈 동안 커패시터(1314) 양단의 전압이 판독되면, 포토사이트 판독 회로(1301)는 다음 연속 프레임을 위한 샘플링을 시작하기 위해 또 다른 리셋 페이즈에 따라 작동할 수 있다. 커패시터(1314) 양단의 전압은 프레임의 마지막 홀드 페이즈 동안 판독될 수 있거나, 선택적으로 프레임 끝의 리셋 페이즈 전후 모두에서 판독될 수 있다. 예를 들어, 특정 프레임의 끝에서, 커패시터(1314) 양단의 전압은 특정 프레임에 대한 검출 신호로 사용될 수 있는 제1 전압 값을 획득하기 위해, 도 14d에 도시된 홀드 페리즈 동안 먼저 판독될 수 있다. 그러나, 선택적으로, 커패시터(1314) 양단의 전압은 제2 전압 값, 예를 들어 본 명세서에 논의된 바와 같이 0 볼트 또는 미리 결정된 레퍼런스 전압 값을 획득하기 위해, 도 14a에 도시된 리셋 페이즈(이는 전이 페이즈와 같은 다른 페이즈 이후에 발생할 수 있음) 단계 동안 판독될 수도 있다. 그러한 작동에 따라, 이들 두 신호(즉, 리셋 페이즈 이전에 측정된 제1 전압과 커패시터(1314)의 드레이닝(draining) 이후에 측정된 제2 전압) 사이의 차이는 관련 프레임 동안 포토다이오드(1308)에 의해 캡처된 광의 양을 나타낸다.
포토사이트 판독 회로(1301)의 각각의 스위칭 상태 및 대응하는 작동 페이즈의 요약이 아래 표 1에 도시되어 있다.
다양한 예를 제공하기 위해, 각 사이클(예를 들어, 포토사이트 판독 회로(1301)의 2개의 판독 사이)에 대한 지속 시간뿐만 아니라 표 1에 도시되고 본 명세서에서 더 자세히 논의되는 전술한 페이즈 중 임의의 지속 시간은 특정 애플리케이션에 따라 임의의 적절한 시간일 수 있다. 예를 들어, 각 사이클 사이의 지속 시간은 0.01 내지 0.1초(이는 각각 초당 10 내지 100프레임에 대응함)일 수 있다. 다른 예로서, 집적 페이즈 지속 시간(예를 들어, 펄스당)은 (예를 들어, 원하는 검출 범위에 따라) 0.1 내지 2.0 마이크로초일 수 있다. 추가 예를 제공하기 위해, 전이 페이즈 지속 시간은 (예를 들어, 스위칭 기술에 따라) 1 내지 1,000나노초일 수 있다. 또 다른 예로서, 홀드 페이즈 지속 시간은 (예를 들어, 원하는 펄스 수, 레이저 방출 주파수, FOV 조명 고려사항(예를 들어, 전체 FOV가 동시에 또는 부분적으로 조명되는지 여부) 등에 따라) 1 마이크로초 내지 100 밀리초일 수 있다. 추가적인 예로서, 리셋 페이즈 지속 시간은 위에서 언급한 바와 같이, 특정 프레임 속도, 애플리케이션 및 각 사이클에 대한 지속 시간(예를 들어 100나노초 내지 100마이크로초)에 따라 임의의 적합한 시간일 수 있다. 물론, 표 1에 도시되고 본 명세서에 설명된 바와 같이, 포토사이트 판독 회로(1301) 각각의 작동 페이즈에 대한 임의의 예시적인 시간은 특정 애플리케이션, 구현된 기술 등에 따라 더 짧거나 더 길 수 있다.
축적된 전압은 도 15에 도시된 바와 같이, 도 14d에 도시된 홀드 스위칭 상태에 대응하는 홀드 페이즈 중 어느 하나 동안 판독될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 도 15에 도시된 샘플링 시간은 여러 연속 프레임에 걸쳐 작동할 수 있는 이미징 센서의 프레임으로 식별되는 여러 샘플링 또는 검출 윈도우를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, 전하는 프레임 사이의 전이와 관련되지 않은 타이밍(예를 들어, 프레임당 2회 또는 인접한 포토사이트와 상이한 빈도(frequency))에 따라 포토사이트에서 판독될 수 있다. 따라서, 도 15에 도시된 마지막 홀드 페이즈는 여러 샘플링 윈도우의 지속 시간에 걸쳐 총 축적된 전압을 판독하는 데 사용될 수 있다. 그 다음, 다음 프레임에 걸쳐 샘플링을 수행하기 이전에, 포토사이트 판독 회로(1301)는 전술한 바와 같이, 커패시터(1314) 상에 축적된 전압의 값을 0 또는 다른 미리 결정된 전압으로 리셋하기 위해, 리셋 스위칭 상태(도 15에 도시되지 않음)로 놓일 수 있고, 커패시터(1314) 양단의 전압은 이러한 리셋 스위칭 상태 동안 선택적으로 다시 판독될 수 있다. 이러한 방식으로, 포토사이트(1300)가 일부를 구성하는 이미징 센서는 도 15에 도시된 바와 같이, 리셋 스위칭 상태, 집적 상태, 전이 상태, 및 판독 상태에 따라 연속적으로 작동함으로써, 연속 프레임 세트 각각에 대해 커패시터(1314) 양단의 전압을 축적하도록 구성된다.
캐패시터(1314) 양단의 전압은 대안적으로 또는 추가적으로 포토사이트 판독 회로(1301)의 다른 작동 페이즈(즉, 스위칭 상태) 동안 판독될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, "잠재적 판독" 라벨을 통해 도 15에 도시된 바와 같이, 커패시터(1314) 양단의 전압은 위에 언급된 홀드 페이즈 동안에 추가하여 또는 상기 홀드 페이즈 동안의 그 대신에 집적 페이즈 동안 판독될 수 있다. 이는 예를 들어, 개발, 테스트, 교정 등의 동안, 특정 검출 윈도우 내의 특정 시간에 커패시터(1314)에 걸쳐 축적된 전하를 평가하는 데, 특히 유용할 수 있다.
도 16은 본 개시내용의 실시예에 따른, 전기 광학 시스템을 도시한다. 전기 광학 시스템(1600)은 섹션 I을 참조하여 전술한 바와 같이 광검출 장치 중 임의의 하나 이상의 특징부의 임의의 조합을 구현할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전기 광학 시스템(1600)은 임의의 적합한 수의 포토사이트(1300)(예를 들어, 1, 2-10, 10-100, 100-10,000, 10,000-1,000,000, 1M-10M 포토사이트 등)를 구현할 수 있고, 이는 본 명세서에 언급된 바와 같이, 임의의 적합한 유형의 파장에 따라 이미징을 수행하기 위해 전기 광학 시스템(1600)에 의해 구현되는 이미징 센서(1601)로서 집합적으로 작동할 수 있다. 실시예에서, 이미징 센서(1601)는 SWIR 이미징 센서에 따라 하나 이상의 포토다이오드(1308)에 충돌하는 광을 검출하도록 구성된다. 이러한 이미징 시스템은 그 시야에 있는 객체의 이미지(예를 들어, SWIR 이미지), 그 FOV에 있는 객체의 3-차원(3D) 매핑(예를 들어, LIDAR 맵, SWIR LIDAR 맵) 등을 출력할 수 있다.
예를 들어, 이미징 센서(1601)는 임의의 적절한 수의 포토사이트(1300)를 포함할 수 있고, 이들 각각은 도 13에 도시된 포토사이트 판독 회로(1301)와 유사하거나 동일한 포토사이트 판독 회로를 포함한다. 따라서, 이미징 센서(1601)는 본 섹션에서 논의되고 도 13에 도시된 바와 같이 포토사이트(1300)로 식별되는 임의의 적합한 수(N)의 포토사이트를 포함할 수 있다. 물론, 도 16에 도시된 각각의 포토사이트(1300)는 또한 포토사이트 판독 회로(1301) 및 광검출기(1308)를 별개의 또는 통합된 구성요소로서 포함할 수도 있다. 따라서, 이미징 센서(1601)는 본 섹션에서 논의된 바와 같이 각각의 포토사이트(1300)를 포함할 수 있고 간결성을 목적으로 도 16에 도시되지 않은 다른 포토사이트를 추가로 포함할 수 있는, 검출 어레이로 식별될 수 있다. 예를 들어, 이미징 센서(1601)로 식별된 검출 어레이는 임의의 적합한 수의 포토사이트(1300)를 포함할 수 있고, 도 9와 관련하여 섹션 I에 도시되고 논의된 바와 같이 영역(604)로 식별되는 레퍼런스 포토사이트(310)와 같이, 작동 중 적어도 일부 시간 동안 다크 상태로 유지되는 임의의 적합한 수의 레퍼런스 포토사이트를 추가로 포함할 수 있다. 레퍼런스 포토사이트는 포토사이트 판독 회로(1301)를 포함할 수 있지만(예를 들어, 암전류에 대한 비교 가능한 응답을 보여주기 위해), 이는 반드시 그런 것은 아니다. 선택적으로, 이미징 센서(1601)는 포토사이트(1300), 및 포토사이트 판독 회로(1301)와 관련하여 논의된 바와 같이 2개의 피드백 경로를 포함하지 않는 다른 유형의 포토사이트를 모두 포함할 수 있다.
따라서, 이미징 센서(1601)는 임의의 적절한 수의 픽셀로 식별될 수 있고, 이들 각각의 픽셀은 포토사이트(1300) 중 적어도 하나(그러나, 가능하게는 그 이상)에 대응한다. 또한, 단일 포토사이트(1300)는 동일하거나 다른 유형일 수도 있는 하나 이상의 포토다이오드(1308)를 포함할 수 있다. 따라서, 포토사이트는 각 샘플링 시간(예를 들어, 프레임) 동안 "픽셀 값"이 판독되는 기본 단위로 간주될 수 있지만, 픽셀은 여러 개의 포토다이오드(1308)를 포함할 수 있다. 따라서, 포토사이트(1300)과 픽셀 사이에 반드시 1:1 관계가 아닐 수도 있다. 일례로서, 이미지 픽셀은 2개, 4개 등의 인접한 포토사이트(1300)(예를 들어, 낮은 조명 조건에서)의 출력에 기초할 수 있으며, 이러한 방식으로 여러 개의 인접한 포토사이트를 그룹화하는 기술은 "비닝(binning)"으로 알려져 있다. 그러므로, 각각의 포토사이트(1300)의 출력은 임의의 적절한 수의 대응하는 포토다이오드에 충돌하는 광을 나타낼 수 있다. 이미징 센서(1601)에 의해 구현된 각각의 포토사이트(1300)의 출력은 개별적으로(예를 들어, 서로 다른 프레임에서) 판독되거나, 또는 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
예를 들어, 간결성 목적을 위해 도 16에는 도시되지 않았지만, 전기 광학 시스템(1600)은 위 섹션 I에서 논의된 PDD(900) 또는 다른 실시예의 임의의 구성요소 및/또는 기능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 13과 관련하여 본 명세서에서 논의된 레퍼런스 신호는 포토다이오드(1308)가 속한 검출 어레이의 레퍼런스 포토사이트에서 출력되고, 주변 광으로부터 차폐되는 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 생성 및/또는 결정될 수 있다. 레퍼런스 신호는 예를 들어, 섹션 I에서 위에서 설명한 것과 같은 레퍼런스 포토사이트 중 각각 커플링되거나 할당된 것으로부터 수신된 레퍼런스 신호를 사용하여, 임의의 적절한 시간(예를 들어, 각 프레임에 대해)에 각각의 포토사이트 판독 회로(1301)에 대해 생성될 수 있다. 레퍼런스 포토사이트에 의해 생성된 레퍼런스 신호는 온도 또는 기타 작동 조건과 같은 임의의 적절한 조건에 기초하여, 적절한 시간에 걸쳐 조정될 수 있다. 레퍼런스 포토사이트에 의해 생성된 레퍼런스 신호는 특정 시간 동안(예를 들어, 프레임 내 각 검출 윈도우에 대해) 일정한 값으로 유지될 수 있지만, 예를 들어 다른 시간(예를 들어, 연속 프레임 사이)에 걸쳐 조정될 수 있고, 그 결과 레퍼런스 신호는 2개 이상의 연속 프레임에 걸쳐 또는 다른 적절한 샘플링 시간 사이에 크기(예를 들어, 전류 또는 전압 값)가 다를 수 있다.
전기 광학 시스템(1600)은 전기 광학 시스템(1600)의 시야(FoV) 상으로 광을 방출하도록 구성된 광원(1604)을 추가로 포함할 수 있다. 광원(1604)의 광 중 일부는 FoV 내의 객체로부터 반사되어 전기 광학 시스템(1600)의 작동 중에 외부 광에 노출되는 포토사이트(1300)에 의해 캡처된다. 전기 광학 시스템(1600)은 이러한 방식으로 이미징 센서(1601)에서 검출된 광을 이용하여, 객체의 이미지 또는 다른 모델을 생성한다. 광원(1604)은 임의의 적합한 유형의 광원(예를 들어, 펄스형, 연속형, 변조형, LED, 레이저 등)으로 구현될 수 있다. 광원(1604)의 작동은 컨트롤러(1602)에 의해 제어될 수 있으며, 이는 본 명세서의 섹션 I에서 논의된 바와 같은 컨트롤러(338), 또는 아래에서 더 상세히 논의되는 임의의 적합한 유형의 컨트롤러로서 구현될 수 있다.
컨트롤러(1602)는 본 명세서에 논의된 바와 같이 포토사이트(1300) 각각의 작동을 추가로 제어할 수 있는데, 이는 증폭기(1302), 레퍼런스 신호로서 증폭기(1302)에 공급되는 전압 및/또는 전류, 스위칭 구성요소(1310, 1312 등)의 스위칭 상태를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(1602)는 추가적으로 전기 광학 시스템(1600)의 임의의 적절한 구성요소의 작동을 제어할 수 있다. 컨트롤러(1602)는 예를 들어, 임의의 적절한 유형의 컨트롤러 장치, 마이크로컨트롤러, 처리 회로, 프로세서, 하드웨어 구성요소, 실행 가능한 명령 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다. 추가적인 예를 제공하기 위해, 컨트롤러(1602)는 전기 광학 시스템(1600) 및/또는 이미징 센서(1601)(예를 들어, 포토사이트(1300))의 다른 구성요소와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러(1602)는 그러한 웨이퍼에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다.
전기광학 시스템(1600)은 포토사이트(1300)에 의해 출력되는 검출 신호(예를 들어, 축적된 전압)를 처리하도록 구성된 프로세서(1608)를 더 포함할 수 있다. 이러한 처리에는 예를 들어, 신호 처리, 이미지 처리, 분광학 분석 등이 포함될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(1608)에 의한 처리 결과는 컨트롤러(1602)(또는 다른 컨트롤러)의 작동을 수정하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(1602) 및 프로세서(1608)는 단일 처리 유닛으로서 구현될 수 있다.
전기 광학 시스템(1600)은 또한 임의의 적절한 크기 및 유형(예를 들어, 비-휘발성 메모리, RAM 등)일 수 있는 메모리(1610)를 포함할 수 있다. 전기 광학 시스템(1600)은 프로세서(1608)의 처리 결과를 메모리(1610)에 저장할 수 있고(예를 들어 저장 또는 차후 검색을 위해), 예를 들어 통신 회로(1612)를 통해 외부 시스템(예를 들어, 원격 서버 또는 전자 광학 시스템이 설치되는 차량의 차량 컴퓨터)에 대해 저장할 수 있다. 메모리(1610)에 저장된 처리 결과는 디스플레이(1614)에 추가로 또는 대안적으로 전송될 수 있으며, 디스플레이(1614)는 이미지 또는 다른 유형의 결과(예를 들어, 분광기의 그래프, 텍스트 결과), 다른 유형의 출력 인터페이스(예를 들어, 스피커, 도시되지 않음) 등을 통해 표시할 수 있다. 선택적으로, 포토사이트(1300)로부터의 신호는 예를 들어, 이미징 센서(1601)의 상태(예를 들어, 작동성, 온도)를 평가하기 위해 프로세서(1608)에 의해 처리될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
전기 광학 시스템(1600)은 또한 전원(1616)(예를 들어, 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터 등)을 포함할 수 있다. 전원(1616)은 전기 광학 시스템(1600)의 포토사이트(1300) 또는 임의의 다른 구성요소에 전력을 제공할 수 있다.
전기 광학 시스템(1600)은 또한 광원(1604)의 광을 FOV로 지향시키고, 및/또는 FOV로부터의 광을 포토사이트(1300)로 지향시키기 위한 광학 장치(1620)를 포함할 수 있다. 이러한 광학 장치는 예를 들어, 렌즈, 거울( 고정식 또는 이동식), 프리즘, 필터 등을 포함할 수 있다.
전기 광학 시스템(1600)은 또한 하나 이상의 포토사이트(1300)에 커플링될될 수 있는 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)를 포함할 수 있다. 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)는 섹션 I을 참조하여 위에서 논의된 제어-전압 생성 회로(340)로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)는 이미징 센서(1601)를 구성하는 하나 이상의 포토사이트(1300)의 증폭기(1302)의 레퍼런스 신호 입력(1306)에 레퍼런스 전류 또는 전압 신호를 제공하기 위해, 임의의 적합한 수 및/또는 유형의 하드웨어 구성요소로 구현될 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)는 임의의 적절한 유형의 전압- 및/또는 전류-제어 전압 또는 전류 소스(예를 들어, VCCS, CCCS, CCVS, VCVS 등)로서 구현될 수 있다. 다른 예로서, 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)는 전술한 바와 같이, 검출 어레이의 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 레퍼런스 신호를 생성할 수 있다. 다시 말하면, 레퍼런스 신호는 특정 샘플링 지속 시간(예를 들어, 프레임 내의 각각의 검출 윈도우) 동안 동일한 전압 또는 전류 레벨로 유지되지만, 다른 기간(예를 들어, 프레임 사이)에 대해 조정될 수 있는 전압 또는 전류 신호일 수 있다. 레퍼런스 신호는 주변 광 레벨, 온도 등과 같은 특정 작동 조건에 기초하여, 특정 시간에 선택되는 특성(예를 들어, 전류 또는 전압 크기)으로 생성될 수 있다. 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)는 컨트롤러(1602)를 통해 제어될 수 있다.
전기 광학 시스템(1600)은 또한 판독 회로(1640)를 포함할 수 있다. 판독 회로(1640)는 섹션 I을 참조하여 위에서 논의된 판독 회로(610)로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 판독 회로(1640)는 포토사이트(1300)로부터 검출 신호(예를 들어, 축적된 전압)를 판독하거나, 추가 처리(예를 들어, 노이즈 감소, 이미지 처리 등)를 위해 컨트롤러(1602) 및/또는 프로세서(1608)에 검출 신호를 제공하거나, 메모리(1610)에 검출 신호를 저장하거나, 또는 임의의 다른 적합한 목적을 위해, 임의의 적합한 수 및/또는 유형의 하드웨어 구성요소로 구현될 수 있다.
예를 들어, 판독 회로(1650)는 추가 처리, 저장 또는 기타 작업을 위해 판독 값을 제공하기 이전에, 서로 다른 포토사이트(1300)의 판독 값(예를 들어, 축적된 전압 값)을 순차적으로(예를 들어, 하나 이상의 프로세서(1608)에 의한 일부 처리 후에) 시간적으로 배열할 수 있다. 판독 회로(1650)는 전기 광학 시스템(1600)의 다른 구성요소(예를 들어, 포토사이트(1300))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 구성요소로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(1650)는 그러한 웨이퍼에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 하나 이상의 구성요소로서 구현될 수 있다. 판독 회로(1650)와 같은 판독 회로는 위 섹션 I에서 논의된 임의의 광검출 장치(예를 들어, PDD(300, 700, 800, 900))에서 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 판독 회로(1650)는 마이크로컨트롤러, 처리 회로, 프로세서, 하드웨어 구성요소, 실행 가능한 명령어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 판독 회로(1650)는 검출 신호를 디지털화하기 위해 아날로그 신호 처리를 수행하는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및/또는 구성요소를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 판독 회로(1650)는 가중(weighting)(증폭), 오프셋 및/또는 비닝(2개 이상의 포토사이트(1300)로부터의 출력 신호 조합)을 수행할 수 있다. 검출 신호의 디지털화는 전기 광학 시스템(1600) 상에서 구현될 수 있거나, 판독 회로(1650)는 전기 광학 시스템(1600) 외부에 있을 수 있고, 본 명세서에 설명된 것과 동일한 기능을 수행할 수 있다.
또한, 이미징 센서(1601)는 위에서 논의된 바와 같이 임의의 적합한 수의 포토사이트 판독 회로(1301)를 포함할 수 있고, 이미징 센서(1601)의 각 포토사이트 판독 회로(1301)는 예를 들어, 프레임과 같이, 더 큰 전체 샘플링 윈도우의 각 샘플링 윈도우 동안 그 각각의 커패시터(1314) 양단에 전압을 축적할 수 있다. 컨트롤러(1602)는 이미징 센서(1601)의 각각의 포토사이트(1300), 또는 예를 들어 본 명세서에서 더 자세히 논의되는 바와 같이 행 또는 열과 같은 이들의 조직화된(organized) 서브세트의 스위칭 상태를 제어할 수 있다. 더욱이, 판독 회로(1650)는 이미징 센서(1601)에 의해 구현되는 각각의 포토사이트(1300) 및 각각의 포토사이트 판독 회로(1301)에 커플링될 수 있다. 따라서, 판독 회로(1650)는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 임의의 홀드 페이즈 동안 각각의 포토사이트 판독 회로(1301)의 각각의 개별 커패시터(1314) 양단의 전압 축적을 측정하도록 구성된다.
어떤 경우에는, 컨트롤러(1602)는 선택적으로 각각의 샘플링 윈도우에 대해, 및/또는 각각의 연속적인 샘플링 시간(예를 들어, 연속 프레임)에 대해, 이미징 센서(1601)의 포토사이트(1300)의 임의의 적합한 부분의 스위칭 상태를 동기화하도록 선택적으로 기능할 수 있다. 이러한 동기화는 도 15를 참조하여 전술한 것과 유사한 방식으로, 즉 도 15에 도시된 바와 같이 리셋 스위칭 상태, 집적 상태, 천이 상태, 판독 상태에 따라 포토사이트(1300) 세트(예를 들어, 행, 열 등) 각각을 순차적으로 작동시킴으로써, 이미징 센서(1601)에서 각 포토사이트(1300)를 제어하는 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 컨트롤러(1602)는 이미징 센서(1601)에 의해 구현된 각각의 포토사이트(1300)로 식별되는 각각의 스위치 세트(예를 들어, 1310, 1312)를 제어하도록 구성되고, 이에 의해 포토사이트 판독 회로(1301) 전체 또는 그 미리 결정된 그룹(예를 들어, 행, 열 등)의 스위칭 상태 작동이 서로 동기화된다. 예시적인 예로서, 컨트롤러(1602)는 각각의 포토사이트 판독 회로(1301)가 리셋 페이즈, 집적 페이즈, 전이 페이즈 및/또는 홀드 페이즈에 따라 서로 동시에 작동하도록, 포토사이트 판독 회로(1301) 전체 또는 그 미리 결정된 그룹(예를 들어, 행, 열 등)의 스위칭 상태를 제어할 수 있다.
따라서, 컨트롤러(1602)는 특정 애플리케이션에 기초하여, 임의의 적절한 패턴, 스케줄 등에 따라 이미징 센서(1601)에 의해 구현되는 각각의 판독 회로(1301)의 스위칭 상태를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(1602)는 라인별(line-by-line) 리셋(예를 들어, 행별 또는 열별), 노출 및 판독 시퀀스를 용이하게 하기 위해 이미징 센서(1601)에 의해 구현되는 각 판독 회로(1301)의 타이밍을 제어할 수 있고, 이는 롤링 셔터에 따른 이미징 센서(1601) 구현의 일부로서 사용될 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러(1602)는 글로벌(global) 리셋 및 집적 시퀀스를 사용하여 이미징 센서(1601)에 의해 구현되는 각각의 판독 회로(1301)를 제어할 수 있다. 이러한 경우, 각각의 판독 회로(1301)의 스위칭 상태는 서로 동기화될 수 있지만, 각각의 포토사이트 판독 회로(1301)의 커패시터 양단의 측정된 전압은 라인별(예를 들어, 행별 또는 열별)로 판독될 수 있고, 이는 글로벌 셔터에 따른 이미징 센서(1601) 구현의 일부로 사용될 수 있다.
도 17은 본 개시내용의 예에 따른, 프로세스 흐름을 도시한다. 도 17을 참조하면, 프로세스 흐름(1700)은 하나 이상의 프로세서(처리 회로) 및/또는 저장 장치에 의해 실행되고, 및/또는 이와 관련되는 컴퓨터-구현 방법일 수 있다. 이러한 프로세서 및/또는 저장 장치는 전기 광학 장치로 식별되는 하나 이상의 컴퓨팅 구성요소(예를 들어, 도 16에 도시된 전기 광학 장치(1600)의 하나 이상의 구성요소, 예를 들어 컨트롤러(1602), 판독 회로(1650), 프로세서(1608) 등)와 관련될 수 있다. 선택적으로, 프로세스 흐름(1700)은 전용 하드웨어를 사용하고, 및/또는 적절한 메모리 또는 다른 저장 장치(예를 들어, 메모리(1610))에 저장된 실행 가능한 명령을 판독함으로써, 하나 이상의 이러한 구성요소에 의해 실행될 수 있다. 흐름(1700)의 다양한 프로세스는 도 16에 도시된 전기 광학 장치(1600)의 이들 구성요소 중 하나 이상, 또는 도면에 도시되지 않은 다른 장치의 다른 적합한 구성요소를 조합하여 구현 및/또는 공유될 수 있다.
기계-판독 가능 명령 또는 다른 적합한 명령을 실행할 때, 본 명세서에 논의된 하나 이상의 구성요소는 도면에 도시되지 않은 다른 컴퓨터-판독 가능 저장 매체(예를 들어, 로컬로 저장된 명령 및/또는 처리 회로 자체의 일부일 수 있음)에 저장된 명령을 실행할 수 있다. 프로세스 흐름(1700)은 간결성을 위해 도 17에 도시되지 않은 대안적인 또는 추가적인 단계를 포함할 수 있고, 도 17에 도시된 것과는 다른 순서로 수행될 수 있다.
흐름(1700)은 예를 들어, 포토사이트 판독 회로(예를 들어, 포토사이트 판독 회로(1301))를 포함하는 센서(예를 들어 이미징 센서(1601))를 작동시키는 방법을 도시하는데, 여기서 상기 포토사이트 판독 회로는 포토다이오드 신호 입력(예를 들어, 포토다이오드 신호 입력(1304)), 레퍼런스 신호 입력(예를 들어, 레퍼런스 신호 입력(1306)) 및 증폭기 출력(예를 들어, 증폭기 출력(1307))을 갖는 증폭기(예를 들어, 증폭기(1302))를 포함한다.
프로세스 흐름(1700)은 복수의 광 펄스를 생성하기 위해 광원의 활성화를 제어하는 것(블록 1701)을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 본 명세서에 논의된 바와 같이 임의의 적합한 파장의 복수의 광 펄스를 생성하도록 광원(1604)을 제어하는 컨트롤러(1602)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광 펄스의 생성 및 타이밍은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 도 17에 도시된 프로세스 흐름(1700)의 다른 동작과 병행 및/또는 동기화되어 제어될 수 있다.
프로세스 흐름(1700)은 포토다이오드 신호 입력과 증폭기 출력을 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하고, 커패시터를 통해 포토다이오드 신호 입력과 증폭기 출력을 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하기 위해, 복수의 스위치를 제어하는 것(블록 1702A)을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 도 13을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 하나 이상의 전기 제어 신호를 통해 스위칭 구성요소(1310, 1312)의 상태를 제어하는 컨트롤러(1602)를 포함할 수 있다. 제1 피드백 경로는 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307)(캐패시터(1314) 제외) 사이의 직접적인 연결을 나타낼 수 있고, 제2 피드백 경로는 커패시터(1314)를 포함하여 포토다이오드 신호 입력(1304)과 증폭기 출력(1307) 사이의 연결을 나타낼 수 있다. 복수의 스위치를 제어하는 예는 본 명세서에서 논의되고 아래에서 더 자세히 설명된 바와 같이, 도 15에 도시된 대응 작동 페이즈에 따라 작동하도록, 도 14a 내지 도 14d에 도시된 바와 같이 포토사이트 판독 회로(1301)를 다양한 스위칭 상태로 놓는 것을 포함할 수 있다.
프로세스 흐름(1700)은 제1 스위칭 상태에 대응하는 제1 페이즈 동안, 커패시터(1314) 양단에 전압이 축적되게 하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하는 것(블록 1704)을 더 포함할 수 있다. 포토다이오드-생성 전류는 본 명세서에 언급된 바와 같이, 이미징 센서(1601)의 일부를 형성하는 포토다이오드 판독 회로(1301) 중 하나 이상에 의해 수신될 수 있다. 이러한 제1 스위칭 상태는 예를 들어, 제1 피드백 경로가 연결해제되고 제2 피드백 경로가 연결되는, 도 14b에 도시된 집적 페이즈에 대응할 수 있다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 이미징 센서(1601)의 각각의 포토사이트 판독 회로(1301)는 예를 들어, 프레임과 같은 전체 더 큰 샘플링 시간 동안 연속적인 검출 윈도우에 걸쳐 샘플링을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세스 흐름(1700)은 샘플링 시간(예를 들어, 프레임)이 종료되었는지 여부에 대해 판단하는 것(블록 1706)을 포함할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 흐름(1700)은 복수의 스위치를 제어하는 동작(블록 1702A)을 반복할 수 있으며, 이는 도 15를 참조하여 전술한 바와 같이, 본 예에서는, 포토사이트 판독 회로(1301)를 전이 스위칭 상태, 홀드 스위칭 상태 및 인접한 검출 윈도우 사이의 또 다른 전이 스위칭 상태로 설정하고, 그 다음 포토사이트 판독 회로(1301)를 집적 스위칭 상태로 설정하여, 다음 검출 윈도우에 대한 집적 페이즈 동안 포토다이오드 생성 전류를 계속 수신(블록 1704)하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 블록(1702A, 1704, 1706)은 임의의 적합한 개수의 연속적인 검출 윈도우에 대해 반복될 수 있다.
이러한 방식으로, 이미징 센서(1601)는 (예를 들어, 컨트롤러(1602)를 통해) 포토사이트 판독 회로(1301)가 분리된 검출 윈도우 세트 각각에 대해 커패시터(1314) 양단의 전압을 축적하도록, 작동될 수 있다. 따라서, 포토사이트 판독 회로(1301)는 도 15에 도시된 바와 같이, 분리된 검출 윈도우들의 세트 시퀀스(예를 들어, 한 세트) 중 각각의 인접한 윈도우 사이에서 홀드 스위칭 상태에 놓일 수 있다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 검출 윈도우의 시퀀스 각각은 복수의 광 펄스 중 하나 이상의 반사가 포토다이오드(1308)에 충돌하는 샘플링 시간에 대응할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 광 펄스를 생성하기 위해 광원을 제어하는 동작(블록 1701)은 센서(1601)와 관련된 미리 결정된 검출 범위에 기초하여, 리셋 페이즈, 집적 페이즈, 전이 페이즈 및 홀드 페이즈 각각과 광 펄스의 생성을 동기화하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 타겟 객체까지의 미리 결정된 범위(예를 들어, 최대 범위)에 대한 지식을 이용하여, 광이 포토사이트(1308)에 도달할 것으로 예상되는 시간(이는 집적 페이즈에서 포토사이트 판독 회로(1301)의 작동을 위한 기초로 사용될 수 있음)은 하나 이상의 각각의 광 펄스가 생성된 시간으로부터 계산될 수 있다. 일 예로서, 이러한 계산은 다음과 같이 수학식 1로 표현될 수 있다:
여기서, T는 각각의 광 펄스가 포토사이트(1308)에 도달하는 시간을 나타내고, d는 포토다이오드(1308)와 검출할 타겟 객체 사이의 원하는 미리 결정된 범위(range)를 나타내고, v는 공기 또는 관련 매체 내 빛의 속도를 나타내고, 상수 2는 광이 타겟 객체로 이동하고 반사를 통해 포토다이오드(1308)로 되돌아오게 하는 것으로부터 사용된다.
그러나, 샘플링 시간(예를 들어, 프레임)이 종료되면(블록 1706 'Y'), 복수의 스위치를 제어하는 또 다른 동작(블록 1702B)이 수행된다. 그러나, 이 경우, 포토사이트 판독 회로(1301)는 커패시터(1314) 양단의 전압 축적을 측정하기(블록 1708) 이전에, 전이 스위칭 상태 및 홀드 스위칭 상태에 놓일 수 있다. 따라서, 상기 측정(블록 1708)은 제2 스위칭 상태에 대응하는 제2 페이즈 동안, 커패시터(1314) 양단의 전압 축적을 포함할 수 있다. 축적된 전압은 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 포토사이트 판독 회로(1301)의 지점 C에서의 전압을 포함할 수 있다. 제2 스위칭 상태는 예를 들어, 제1 피드백 경로가 연결되고, 제2 피드백 경로는 연결해제되는, 도 14d에 도시된 홀드 페이즈에 대응할 수 있다. 또한, 위에서 언급한 바와 같이, 측정(블록 1708) 동안, 제1 피드백 경로의 연결은 포토다이오드 신호 입력(1304)의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 캐패시터(1314) 양단의 전압 축적이 유지되게 한다.
어쨌든, 일단 측정(블록 1708)이 완료되면, 복수의 스위치를 제어하는 또 다른 동작(블록 1702A)이 수행된다. 그러나, 이 경우, 포토사이트 판독 회로(1301)는 제1 피드백 경로와 제2 피드백 경로 모두가 연결되는 리셋 스위칭 상태(또는 선택적으로 리셋 스위칭 상태에 직접 놓일 수 있음)에 놓이기 이전에, 전이 스위칭 상태 및 홀드 스위칭 상태에 놓일 수 있다. 다시 말하면, 이러한 리셋 스위칭 상태는 0V 또는 다른 적절한 전압 값으로 리셋되는 커패시터 양단의 전압에 대응할 수 있고, 다음 샘플링 시간(예를 들어, 다음 프레임)에 대응할 수 있다. 따라서, 블록(1702A, 1704, 1706, 1702B, 1708)은 임의의 적절한 수의 연속적인 샘플링 시간(예를 들어, 프레임) 동안 반복될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서(1601)는 리셋 페이즈, 집적 페이즈, 전이 페이즈 및 홀드 페이즈에 따라 순차적으로 작동될 수 있으며, 연속 프레임 세트 각각에 대해 커패시터(1314) 양단의 축적 전압을 측정할 수 있다.
따라서, 홀드 페이즈 동안 커패시터(1314) 양단의 축적 전압을 측정하는 동작(블록 1708)은 연속 프레임 세트 중 특정 프레임의 끝에서 커패시터(1314) 양단의 전압 축적을 측정하는 것을 나타낼 수 있다. 이러한 측정은 리셋 페이즈 이후에 발생하는 또 다른 측정(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 이때 프레임 끝에서 커패시터(1314) 양단의 전압은 0V 또는 다른 미리 결정된 값으로 리셋된다. 즉, 도 17에는 하나의 측정 블록(1708)만이 도시되어 있지만, 측정은 위에서 언급한 바와 같이 2개의 개별 측정을 포함할 수 있다는 점, 예를 들어 하나는 홀드 페이즈 동안에(예를 들어, 프레임의 끝에서), 다른 하나는 리셋 페이즈 동안에(예를 들어, 다음 연속 프레임을 시작하기 이전) 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
측정값으로 사용되는 2개의 판독 검출 신호 사이의 차이는 검출 윈도우 시퀀스 동안(그러나, 검출 윈도우 사이에는 해당되지 않음) 포토다이오드에 충돌하는 검출 가능한 광의 양을 나타낸다. 따라서, 특정 프레임 동안 커패시터(1314) 양단의 축적된 전압의 측정은 홀드 페이즈 동안과 리셋 페이즈 동안에, 커패시터(1314) 양단의 전압 축적 사이의 차이를 사용하여 결정될 수 있으며, 이는 다시 특정 프레임 동안 포토사이트 판독 회로(1301)에 의해 캡처된 광의 양을 나타낸다. 물론, 커패시터(1314) 양단의 축적된 전압의 측정(블록 1708)은 각 프레임의 끝에만 제한되지 않고, 각각 지시된 잠재적 판독 시간으로 도 15에 도시된 바와 같이, 임의의 홀드 페이즈 동안 판독될 수 있다.
도 18은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스 흐름을 도시한다. 도 18을 참조하면, 프로세스 흐름(1800)은 하나 이상의 프로세서(처리 회로) 및/또는 저장 장치에 의해 실행되고, 및/또는 이와 관련되는 컴퓨터-구현 방법일 수 있다. 이러한 프로세서 및/또는 저장 장치는 전기 광학 장치로 식별되는 하나 이상의 컴퓨팅 구성요소(예를 들어, 도 16에 도시된 전기 광학 장치(1600)의 하나 이상의 구성요소, 예를 들어 컨트롤러(1602), 판독 회로(1650), 프로세서(1608) 등)와 관련될 수 있다. 선택적으로, 프로세스 흐름(1800)은 전용 하드웨어를 사용하고, 및/또는 적절한 메모리 또는 다른 저장 장치(예를 들어, 메모리(1610))에 저장된 실행 가능한 명령을 판독함으로써, 하나 이상의 이러한 구성요소에 의해 실행될 수 있다. 프로세스 흐름(1800)의 다양한 프로세스는 도 16에 도시된 바와 같이 전기 광학 장치(1600)의 이들 구성요소, 또는 도면에 도시되지 않은 다른 장치의 다른 적합한 구성요소 중 하나 이상을 결합하여 구현 및/또는 공유할 수 있다. 프로세스 흐름(1800)의 다양한 프로세스는 도 13에 도시된 바와 같이 포토사이트 판독 회로(1301)의 구성요소, 또는 도면에 도시되지 않은 다른 장치의 다른 적합한 구성요소 중 하나 이상을 결합하여 구현 및/또는 공유할 수 있다.
기계-판독 가능 명령 또는 다른 적합한 명령을 실행할 때, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 구성요소는 도면에 도시되지 않은 다른 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에 저장된 명령(이는 로컬로 저장된 명령 및/또는 처리 회로 자체의 일부일 수 있음)을 실행할 수 있다. 프로세스 흐름(1800)은 간결성을 위하여 도 18에 도시되지 않은 대안적인 또는 추가적인 단계를 포함할 수 있고, 도 18에 도시된 단계와는 다른 순서로 수행될 수 있다.
흐름(1800)은 예를 들어, 하나 이상의 포토다이오드(예를 들어, 포토다이오드(1308))에 의해 수집된 광을 검출하는 방법을 나타낼 수 있고, 예를 들어, 도 13을 참조하여 본 섹션에 도시되고 논의된 바와 같이 포토사이트 판독 회로(1301)와 관련될 수 있다.
프로세스 흐름(1800)은 복수의 광 펄스를 생성하기 위해 광원의 활성화를 제어하는 것(블록 1801)을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 본 명세서에 논의된 바와 같이 임의의 적합한 파장의 복수의 광 펄스를 생성하도록 광원(1604)을 제어하는 컨트롤러(1602)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광 펄스의 생성 및 타이밍은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 도 18에 도시된 프로세스 흐름(1800)의 다른 동작과 병행 및/또는 동기화되어 제어될 수 있다.
흐름(1800)은 레퍼런스 신호를 증폭기의 제2 입력(예를 들어, 레퍼런스 신호 입력(1306))에 제공하는 동안, 포토다이오드에 의해 생성된 포토다이오드-생성 전류를 증폭기(예를 들어, 증폭기(1302))의 제1 입력(예를 들어, 포토다이오드 신호 입력(1304))에 연속적으로 제공하는 단계(블록 1802)를 포함할 수 있다. 프로세스 흐름(1800)을 구성하는, 도 18에 도시된 다양한 블록은 포토다이오드-생성 전류를 연속적으로 제공하는 것과 동시에 발생할 수 있고(즉, 스테이지(1804, 1806, 1808, 1810, 1812, 1814) 중 하나 이상의 임의 조합이 스테이지(1802)의 실행과 동시에 실행될 수 있다), 도시된 순차적 순서 또는 임의의 다른 적절한 순서로 발생할 수 있다.
프로세스 흐름(1800)은 제1 검출 기간에 걸친 포토다이오드-생성 전류의 집적에 대응하는 제1 전하를 커패시터에 수집하기 위하여, 제1 검출 기간 동안, 커패시터(예를 들어, 커패시터 1314)를 통해 증폭기의 증폭기 출력(예를 들어, 증폭기 출력(1307))과 포토다이오드 신호 입력 사이의 제2 피드백 경로를 연결하는 것(블록 1804)을 포함할 수 있다. 이러한 제1 검출 기간은 예를 들어, 도 14b에 도시된 바와 같이, 집적 페이즈 및 대응하는 스위칭 상태에 따라 작동하는 포토다이오드 판독 회로(1302)에 대응하는 검출 윈도우를 포함할 수 있다. 제1 검출 기간은 본 명세서에 논의된 바와 같이, (예를 들어, 광원(1604)를 통해) 타겟을 향한 하나 이상의 제1 광 펄스(예를 들어, 상기 하나 이상의 제1 광 펄스는 제1 검출 기간에 대응한다)의 방출과 (예를 들어, 컨트롤러(1602)를 통해) 동기화될 수 있다
흐름(1800)은 예를 들어, 커패시터에 제1 전하를 수집한 후(블록 1804), 제1 유휴 기간 동안, 제2 피드백 경로를 연결해제하고(블록 1806), 커패시터를 제외한 제1 피드백 경로를 통해 증폭기 출력을 포토다이오드 신호 입력에 연결하는 것(블록 1086)을 포함할 수 있다. 이러한 제1 유휴 기간은 예를 들어, 도 14d 도시된 바와 같이, 홀드 페이즈 및 대응하는 스위칭 상태에 따라 작동하는 포토다이오드 판독 회로(1302)에 대응할 수 있다.
흐름(1800)은 제1 유휴 기간 후에, 제2 검출 기간 동안 포토다이오드-생성 전류의 집적에 대응하는 제2 전하를 커패시터에서 수집하기 위해 제2 피드백 경로를 연결하는 것(블록 1808)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 검출 기간은 예를 들어, 도 14b에 도시된 바와 같이, 다음 집적 페이즈 및 대응하는 스위칭 상태에 따라 작동하는 포토다이오드 판독 회로(1302)에 대응하는 다음 연속 검출 윈도우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 검출 기간은 도 15에 도시된 집적 페이즈 중 하나에 대응할 수 있는 반면, 제2 검출 기간은 샘플링 시간 내의 후속(예를 들어, 인접 또는 다음) 집적 페이즈에 대응할 수 있다. 제2 검출 기간은 본 명세서에 논의된 바와 같이, (예를 들어, 컨트롤러(1602)를 통해) 타겟을 향한 적어도 하나의 제2 광 펄스(예를 들어, 상기 적어도 하나의 제2 광 펄스는 제2 검출 기간에 대응한다)의 방출과 동기화될 수 있다. 따라서, 제1 전하 및 제2 전하는 타겟에서 반사되어 포토다이오드(1308)에 충돌하는, 각각의 적어도 하나의 제1 광 펄스의 광 및 적어도 하나의 제2 광 펄스의 광의 결과로서 포토다이오드-생성 전류로 인한 전하의 축적에 대응할 수 있다.
흐름(1800)은 커패시터에 제2 전하를 수집한 후, 제2 유휴 기간 동안, 제2 피드백 경로를 연결해제하고(블록 1810), 제1 피드백 경로를 통해 증폭기 출력을 포토다이오드 신호 입력에 연결하는 것(블록 1810)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 유휴 기간은 예를 들어, 도 14d에 도시된 바와 같이 다음 홀드 페이즈 및 대응하는 스위칭 상태에 따라 작동하는 포토다이오드 판독 회로(1302)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 유휴 기간은 도 15에 도시된 바와 같은 홀드 페이즈들 중 하나에 대응할 수 있는 반면, 제2 유휴 기간은 샘플링 시간 기간 내의 후속(예를 들어, 인접 또는 다음 또는 다소 이후) 홀드 페이즈에 대응할 수 있다.
제1 유휴 기간 및 제2 유휴 기간 동안 제2 피드백 경로를 연결해제하는 동작(블록 1806, 1810)는 포토다이오드-생성 전류로부터 커패시터(1314)를 연결해제하는 것을 포함할 수 있다. 이를 통해, 홀드 페이즈는 제1 및 제2 유휴 기간 동안 포토다이오드에서 생성된 전류에 의해 커패시터(1314)가 포화되는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 더욱이, 제1 유휴 기간 및 제2 유휴 기간 동안 제1 피드백 경로를 통해 증폭기 출력을 포토다이오드 신호 입력에 연결(블록 1806, 1810)하면, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 각각의 제1 및 제2 유휴 기간(예를 들어, 2개의 홀드 페이즈 동안) 동안 포토다이오드(1308)에 대한 작동 바이어스가 유지된다.
흐름(1800)은 제2 유휴 기간 동안, 제1 전하와 제2 전하의 합에 대응하는 크기를 갖는 제1 전기 신호를 커패시터로부터 샘플링하기 위해, 커패시터를 판독 회로에 연결하는 것(블록 1812)을 포함할 수 있다. 이러한 연결은 예를 들어, 블록(1810)에 대해 위에서 논의한 바와 같이, 다음 홀드 페이즈에 따라 작동하는 포토다이오드 판독 회로(1301)를 포함할 수 있고, 다음 홀드 페이즈 동안 커패시터(1314) 양단의 전압을 나타내는 전기 신호를 측정하는 판독 회로(예를 들어, 판독 회로(1650))를 더 포함할 수 있다. 이러한 연속적인 검출 윈도우 사이의 작동의 전이 및 홀드 페이즈는 커패시터(1314)에 축적된 전하가 감소하지 않도록 보장하기 때문에, 다음 홀드 페이즈 동안 커패시터(1314)에 걸쳐 측정된 전압은 가장 최근의 리셋 페이즈 이후 이전의 모든 검출 기간 동안, 커패시터(1314)에 축적된 전압의 합 또는 어그리게이션을 나타낸다.
흐름(1800)은 예를 들어, 제1 전기 신호에 기초하여, 제1 검출 기간 및 제2 검출 기간 동안 포토다이오드에 충돌하는 광의 양을 결정하는 것(블록 1814)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 커패시터(1314)에 축적된 전하는 인접한 검출 윈도우 사이에서 감소하지 않기 때문에, 제1 전기 신호는 이전 검출 윈도우(예를 들어, 이전 집적 페이즈) 동안 포토다이오드(1308)에 충돌하는 광의 전체 양의 어그리게이션을 나타낸다(예를 들어, 비례하거나 또는 미리 결정된 함수이다)
또한, 도 15를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 포토사이트 판독 회로(1301)는 프레임과 같은 더 큰 샘플링 시간의 일부를 구성할 수 있는, 다수의 검출 윈도우에 걸쳐 집적 페이즈, 전이 페이즈 및 홀드 페이즈 사이의 작동을 순차적으로 교대하는 프로세스를 반복할 수 있다. 포토사이트 판독 회로(1301)는 추가적으로 이러한 샘플링 시간의 끝에서 리셋 페이즈로 놓일 수 있다. 따라서, 간결성을 위해 도 18에 도시되지 않았지만, 흐름(1800)은 제2 유휴 기간 후에, 커패시터(1314) 양단의 전압을 고갈시키기 위해, 커패시터(1314)의 제1 단자를 커패시터(1314)의 제2 단자에 전기적으로 커플링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같이 리셋 스위칭 상태 동안 스위칭 소자(1310)의 닫힘을 통해 이루어진다.
추가적으로, 간결성을 위해서 도 18에는 도시되지 않았지만, 프로세스 흐름(1800)은 제1 단자 및 제2 단자가 연결될 때, 판독 회로(예를 들어, 판독 회로(1650))에 의해, 커패시터(1314)의 적어도 하나의 단자 상의 전압을 나타내는 제2 전기 신호를 샘플링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 판독 회로(1650)는 리셋 스위칭 상태 동안 전압 레벨을 판독할 수 있으며, 그 동안 전압은 0 볼트 또는 다른 미리 결정된 전압 값으로 리셋되어야 한다. 그렇게 하면, 판독 회로(1650)는 광이 포토다이오드(1308)에 충돌하지 않을 때, 커패시터(1314) 양단에 축적된 전압의 "베이스라인"을 측정할 수 있다. 따라서, 제1 검출 기간 및 제2 검출 기간 동안 포토다이오드에 충돌하는 광의 양을 결정하는 동작(블록 1814)은 추가로 제2 전기 신호에 기초할 수 있고, 즉 제2 유휴 기간(예를 들어, 홀드 페이즈) 동안 측정된 제1 전기 신호와 제2 유휴 기간 이후(예를 들어, 리셋 페이즈)에 측정된 제2 전기 신호의 차이를 취함으로써 가능해진다.
또한, 본 명세서에 언급된 검출 윈도우는 대안적으로 본 명세서에서 검출 프레임으로 지칭될 수 있는, 프레임과 같은 더 긴 샘플링 시간의 일부를 구성할 수 있다. 따라서, 프로세스 흐름(1800)은 각각의 검출 프레임에 대해 반복될 수 있다. 이는 예를 들어, 제1 검출 프레임 동안 포토다이오드(1308)에 충돌하는 광의 제1 양을 결정하고, 제1 검출 프레임보다 늦은 제2 검출 프레임 동안 포토다이오드(1308)에 충돌하는 광의 제2 양을 결정하고, 제1 검출 프레임보다 늦은 제3 검출 프레임 동안 포토다이오드(1308)에 충돌하는 광의 제3 양을 결정하기 위해, 블록(1802-1814)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
프로세스 흐름(1800)은 이러한 반복된 프로세스의 일부로서, 제1 프레임 동안 증폭기(예를 들어, 증폭기(1302))의 제2 입력(예를 들어, 레퍼런스 신호 입력(1306))에, 제1 레퍼런스 신호를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 레퍼런스는 신호는 도 16과 관련하여 전술한 바와 같이, 포토다이오드가 속하는 검출 어레이의 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되고 주변 광으로부터 차폐되는 제1 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정된다. 그 다음, 후속 제2 프레임의 경우에는, 서로 다른 제2 레퍼런스 신호가 제2 입력에 인가될 수 있는데, 이는 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제2 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정된다. 그 다음, 후속 제3 프레임의 경우에는, 서로 다른 제3 레퍼런스 신호가 제2 입력에 인가될 수 있는데, 이는 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제3 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정된다. 이러한 프로세스는 컨트롤러(1602)에 의해 수행되어, 레퍼런스 신호 생성 회로(1640)가 본 명세서에 언급된 바와 같이, 온도 또는 다른 작동 조건에 기초하여 서로 다른 레퍼런스 신호를 제공하게 할 수 있다. 프로세스는 연속적인 프레임에 걸쳐 임의의 적절한 횟수만큼 반복될 수 있으며, 레퍼런스 신호는 본 명세서에 언급된 바와 같이 프레임별로 조정될 수 있다.
실시예들
다음 실시예는 본 명세서에 개시된 본 발명의 다양한 양태에 속한다.
예 1. 광검출 장치로서, 활성 포토다이오드를 포함하는 활성 포토사이트; 레퍼런스 포토다이오드를 포함하는 레퍼런스 포토사이트; 전압-제어 전류 소스 또는 전압-제어 전류 싱크를 포함하며, 상기 활성 포토다이오드에 커플링되는 제1 전압 제어 전류 회로; 및 상기 활성 전압 제어 전류 회로 및 레퍼런스 포토사이트에 커플링되고, 상기 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 포토다이오드의 암전류의 영향을 감소시키기 위해, 상기 레퍼런스 포토다이오드의 암전류에 응답하는 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 상기 전압 제어 전류 회로에 제공하는 데 사용되는 제어-전압 생성 회로를 포함한다.
예 2. 예 1에 따른 광 검출 장치로서, 상기 제어-전압 생성 회로는 제어 전압을 제공하기 위한 증폭기를 포함한다.
예 3. 예 1 내지 예 2 중 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 상기 광검출 장치는 전압-제어 전류 소스 또는 전압-제어 전류 싱크를 포함하며 레퍼런스 포토다이오드에 커플링된 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 상기 증폭기의 제1 입력에는 제1 입력 전압이 공급되고, 상기 증폭기의 제2 입력은 레퍼런스 포토다이오드와 레퍼런스 전압 제어 전류 회로 사이에 전기적으로 커플링된다.
예 4. 예 1 내지 예 3 중 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 제1 전압 제어 전류 회로와 레퍼런스 전압 제어 전류 회로는 증폭기의 출력에 커플링되고, 증폭기는 레퍼런스 전압 제어 회로의 출력과 제1 입력 전압 사이의 차이를 연속적으로 감소시켜서, 제어 전압을 생성한다.
예 5. 예 1 내지 예 4의 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 광검출 장치는 활성 포토다이오드를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트, 복수의 레퍼런스 포토다이오드를 각각 포함하는 복수의 레퍼런스 포토사이트, 적어도 하나의 활성 포토다이오드에 각각 커플링된 복수의 제1 전압 제어 전류 회로, 및 적어도 하나의 레퍼런스 포토다이오드에 각각 커플링된 복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 여기서 상기 증폭기의 제2 입력은 레퍼런스 포토다이오드 각각에 전기적으로 커플링되고, 제어 전압은 복수의 제1 전압 제어 전류 회로 각각에 공급된다.
예 6. 예 1 내지 예 5의 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 서로 다른 활성 포토다이오드는 동시에 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하고, 서로 다른 레퍼런스 포토다이오드는 동시에 서로 다른 레벨의 암전류를 생성하고, 제어-전압 생성 회로는 레퍼런스 포토다이오드의 서로 다른 암전류의 평균화에 기초하여 동일한 제어 전압을 서로 다른 활성 포토다이오드에 제공한다.
예 7. 예 1 내지 예 6 중 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 광검출 장치는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로를 포함하고, 상기 복수의 제1 전압 제어 전류 회로는 각각의 활성 포토사이트에 집합적으로 커플링된 적어도 하나의 전압-제어 전류 소스 및 각각의 활성 포토사이트에 집합적으로 커플링된 적어도 하나의 전압 제어 전류 싱크를 하고, 상기 제어-전압 생성 회로는: 상기 복수의 활성 포토사이트에 제1 제어 전압을 첫 번째로 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 전압-제어 전류 소스에 커플링된 제1 증폭기, 상기 복수의 활성 포토사이트에 제2 제어 전압을 두 번째로 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 전압-제어 전류 싱크에 커플링된 제2 증폭기, 및 제1 제어 전압의 제공과 제2 제어 전압의 제공 사이에서 선택하기 위한 스위칭 회로를 포함한다.
예 8. 예 1 내지 예 7 중 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 제1 입력 전압을 제공하기 위한 컨트롤러를 더 포함하고, 제1 입력 전압은 활성 포토다이오드 상의 바이어스에 대응하여 결정되는 레벨을 갖는다.
예 9. 예 1 내지 예 8 중 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 레퍼런스 포토다이오드 상의 바이어스가 활성 포토다이오드 상의 바이어스와 실질적으로 동일하도록, 컨트롤러가 제1 입력 전압을 제공한다.
예 10. 예 1 내지 예 9의 임의 조합에 따른 광검출 장치로서, 광검출 장치의 시야로부터의 광이 레퍼런스 포토다이오드에 도달하는 것을 방지하는 물리적 배리어를 포함한다.
예 11. 예 1 내지 예 10 중 임의의 조합에 따른 광검출 장치로서, 복수의 포토사이트, 및 복수의 포토사이트 중 적어도 하나의 포토사이트를 활성 포토사이트 또는 레퍼런스 포토사이트로 작동하도록 설정하기 위한 컨트롤러를 포함한다.
예 12. 예 1 내지 예 11 중 임의의 조합의 광검출 장치로서, 광검출 장치는 활성 포토다이오드를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트, 복수의 레퍼런스 포토다이오드를 각각 포함하는 복수의 레퍼런스 포토사이트, 활성 포토다이오드 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로, 및 레퍼런스 포토다이오드 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로를 포함하며, 상기 광검출 장치가 제1 온도에서 작동할 때, 상기 제어-전압 생성 회로는 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 포토다이오드의 암전류의 영향을 감소키시기 위해 복수의 레퍼런스 포토다이오드의 암전류에 응답하여 제1 레벨의 전류를 제공하기 위한 제1 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고, 상기 광검출 장치가 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 작동할 때, 상기 제어-전압 생성 회로는 활성 포토사이트의 출력에 대한 활성 포토다이오드의 암전류의 영향을 감소키시기 위해 복수의 레퍼런스 포토다이오드의 암전류에 응답하여 제2 레벨의 전류를 제공하기 위한 제2 제어 전압을 전압 제어 전류 회로에 제공하고, 여기서 제2 레벨은 제1 레벨보다 크기가 더 크다.
예 13. 예 1-12의 임의 조합에 따른 광검출 장치로서, 활성 포토다이오드를 각각 포함하는 복수의 활성 포토사이트; 복수의 레퍼런스 포토다이오드를 각각 포함하는 복수의 레퍼런스 포토사이트; 활성 포토다이오드 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 제1 전압 제어 전류 회로; 레퍼런스 포토다이오드 중 적어도 하나에 각각 커플링되는 복수의 레퍼런스 전압 제어 전류 회로; 광검출 장치의 시야로부터의 광을 복수의 포토사이트로 지향시키기 위한 광학 장치; 활성 포토사이트, 레퍼런스 포토사이트 및 증폭기에 전력을 공급하는 전원; 활성 포토사이트의 검출 신호에 응답하여 검출 정보를 제공하는 판독 회로; 시야 내 적어도 객체의 이미지를 제공하기 위해 상기 검출 정보를 처리하는 프로세서; 및 상기 검출 정보 및 상기 검출 신호 중 적어도 하나를 저장하는 메모리 모듈을 포함한다.
예 14. 포토사이트 판독 회로로서, 포토다이오드 신호 입력, 레퍼런스 신호 입력 및 증폭기 출력을 갖는 증폭기; 상기 포토다이오드 신호 입력과 상기 증폭기 출력을 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된 제1 스위치; 및 커패시터를 통해 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된 제2 스위치를 포함하고, 상기 포토다이오드 신호 입력은 상기 포토사이트 판독 회로가 제1 스위칭 상태에 있을 때, 상기 커패시터 양단에 전압이 축적되게 하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하도록 구성되고, 상기 커패시터 양단의 전압 축적은 상기 포토사이트 판독 회로가 제2 스위칭 상태에 있을 때 유지되고, 제1 스위칭 상태에서, 상기 제1 스위치는 상기 제1 피드백 경로를 연결해제하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 피드백 경로를 연결하고, 제2 스위칭 상태에서, 상기 제1 스위치는 제1 피드백 경로를 연결하고, 상기 제2 스위치는 제2 피드백 경로를 연결해제한다.
예 15. 예 14에 따른 포토사이트 판독 회로로서, 제2 스위칭 상태에서, 상기 제1 피드백 경로의 연결은 포토다이오드 신호 입력의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 상기 커패시터 양단의 전압 축적이 유지되도록 한다.
예 16. 예 14-15 중 임의 조합에 따른 포토사이트 판독 회로로서, 제3 스위칭 상태에서, 상기 제1 스위치는 상기 제1 피드백 경로를 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 피드백 경로를 연결하고, 상기 제3 스위칭 상태는 0V로 리셋되는 커패시터 양단의 전압에 대응한다.
예 17. 예 14-16의 임의 조합에 따른 포토사이트 판독 회로로서, 상기 포토사이트 판독 회로는 개별(separate) 검출 윈도우 세트의 각 검출 윈도우 동안 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 포토사이트 판독 회로가 개별 검출 윈도우 세트 중 인접한 각 윈도우 사이에서는, 제2 스위칭 상태에 따라 작동하게 한다.
예 18. 예 14 내지 예 17 중 임의 조합에 따른 포토사이트 판독 회로로서, 상기 포토사이트 판독 회로는 이미징 센서의 일부이고, 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태에 따라 순차적으로 작동함으로써 연속 프레임 세트 중 각 프레임에 대해 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되고, 상기 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태의 순차적 작동은 상기 이미징 센서의 적어도 하나의 다른 포토사이트 판독 회로와 동기화된다.
예 19. 예 14 내지 예 18 중 임의 조합에 따른 포토사이트 판독 회로로서, 상기 포토사이트 판독 회로는 단파 적외선(SWIR) 이미징 센서의 복수의 포토사이트 판독 회로 중 하나이다.
예 20. 전기 광학 시스템에 있어서, 복수의 포토사이트 판독 회로로서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로는, 포토다이오드 신호 입력, 레퍼런스 신호 입력 및 증폭기 출력을 갖는 증폭기, 및 (i) 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하고, (ii) 커패시터를 통해 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된 복수의 스위치를 포함하고, 여기서, 상기 포토다이오드 신호 입력은 상기 포토사이트 판독 회로가 제1 스위칭 상태에 있을 때, 상기 커패시터 양단에 전압이 축적되게 하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하도록 구성되고, 상기 커패시터 양단의 전압 축적은 상기 포토사이트 판독 회로가 제2 스위칭 상태에 있을 때 유지되는, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로; 복수의 포토사이트 각각에 대해, (i) 상기 제1 피드백 경로를 연결해제하고 상기 제2 피드백 경로를 연결함으로써 제1 스위칭 상태 동안 전기 광학 시스템을 작동시키고, (ii) 상기 제1 피드백 경로를 연결하고 상기 제2 피드백 경로를 연결해제함으로써 제2 스위칭 상태 동안 전기 광학 시스템을 작동시키기 위해, 상기 복수의 스위치를 제어하도록 구성된 컨트롤러; 및 복수의 포토사이트 각각에 대해, 제1 스위칭 상태 또는 제2 스위칭 상태 중 하나 동안 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하도록 구성된 판독 회로를 포함한다.
예 21. 예 20에 따른 전기 광학 시스템에서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로에 대해, 제2 스위칭 상태에서 각각의 포토사이트 판독 회로의 제1 피드백 경로의 연결은 각각의 포토사이트 판독 회로의 포토다이오드 신호 입력의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 각각의 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압 축적이 유지되게 한다.
예 22. 예 20 내지 예 21 중 임의 조합에 따른 전기 광학 시스템으로서, 상기 컨트롤러는 각각의 포토사이트 판독 회로의 제1 피드백 경로와 각각의 포토사이트 판독 회로의 제2 피드백 경로를 연결함으로써, 각각의 포토사이트 판독 회로의 포토다이오드 신호 입력을 각각의 포토사이트 판독 회로의 증폭기 출력에 커플링하기 위해, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각 포토사이트 판독 회로에 대한 복수의 스위치를 제어하여, 상기 전기 광학 시스템을 제3 스위칭 상태에서 작동시키도록 구성되고,
상기 제3 스위칭 상태는 각각의 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압이 0V로 리셋되는 것에 대응한다.
예 23. 예 20 내지 예 22 중 임의 조합에 따른 전기 광학 시스템으로서, 복수의 광 펄스를 생성하도록 구성된 광원을 더 포함하고, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로는 검출 윈도우 시퀀스 각각에 대해 각각의 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되고, 상기 검출 윈도우 시퀀스의 각 검출 윈도우는 복수의 광 펄스 각각이 각각의 포토사이트 판독 회로에 커플링된 포토다이오드에 충돌하는 샘플링 시간에 대응한다.
예 24. 예 20 내지 예 23 중 임의 조합에 따른 전기 광학 시스템으로서, 상기 검출 윈도우 시퀀스 중 각각의 인접한 검출 윈도우 사이에서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로는 제2 스위칭 상태에 따라 작동한다.
예 25. 예 20 내지 예 24 중 임의 조합에 따른 전기 광학 시스템으로서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로는 이미징 센서의 일부이고, 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태에 따라 이미징 센서를 순차적으로 작동시킴으로써, 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로가 연속 프레임 세트 중 각각에 대해 각각의 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성된다.
예 26. 예 20 내지 예 25 중 임의 조합에 따른 전기 광학 시스템으로서, 상기 컨트롤러는 제1 스위칭 상태 및 제2 스위칭 상태에 따라 각각의 포토사이트 판독 회로의 작동을 동기화하기 위해, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중에서 각각의 포토사이트 판독 회로로 식별된 각각의 복수의 스위치를 제어하도록 구성된다.
예 27. 포토다이오드 신호 입력, 레퍼런스 신호 입력 및 증폭기 출력을 갖는 증폭기를 포함하는 포토사이트 판독 회로를 포함하는 센서를 작동하는 방법으로서, (i) 상기 포토다이오드 신호 입력과 상기 증폭기 출력을 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하고, (ii) 커패시터를 통해 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 복수의 스위치를 제어하는 단계; 제1 스위칭 상태에 대응하는 제1 페이즈 동안, 커패시터 양단에 전압이 축적되게 하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하는 단계[여기서, 상기 제1 피드백 경로에 대응하는 제1 스위칭 상태는 연결해제되고 상기 제2 피드백 경로는 연결됨]; 제1 페이즈 또는 제2 스위칭 상태에 대응하는 제2 페이즈 중 하나 동안, 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하는 단계[여기서 상기 제1 피드백 경로에 대응하는 제2 스위칭 상태는 연결되고 상기 제2 피드백 경로는 연결해제되고]를 포함한다.
예 28. 예 27에 따른 방법으로서, 제2 스위칭 상태에서, 상기 제1 피드백 경로의 연결은 상기 포토다이오드 신호 입력의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 상기 커패시터 양단의 전압 축적이 유지되게 한다.
예 29. 예 27 내지 예 28 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 상기 복수의 스위치를 통해 상기 제1 피드백 경로와 상기 제2 피드백 경로를 연결함으로써 제3 스위칭 상태에 대응하는 제3 단계에서 센서를 작동시키는 단계를 더 포함하고,
여기서, 상기 제3 스위칭 상태는 0V로 리셋되는 커패시터 양단의 전압에 대응한다.
예 30. 예 27 내지 예 29 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 개별 검출 윈도우 시퀀스 각각에 대해 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 센서를 작동시키는 단계를 더 포함하고, 여기서, 상기 포토사이트 판독 회로는 개별 검출 윈도우 시퀀스의 각각의 인접한 검출 윈도우 사이에서 제2 스위칭 상태에 놓인다.
예 31. 예 27 내지 예 30 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 연속 프레임 세트 중 각 프레임에 대해 커패시터 양단의 전압을 축적하기 위해 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태에 따라 센서를 순차적으로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
예 32. 예 27 내지 예 31 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 상기 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하는 단계는, 제2 단계 동안, 연속적인 프레임 세트 중에서 제1 프레임의 끝에서 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하는 단계; 및 제3 단계 동안, 제1 프레임의 끝에서 커패시터 양단의 전압이 0V로 리셋되는 것을 측정하는 단계를 포함하고, 여기서, 제2 단계 및 제3 단계 동안 커패시터 양단의 전압 축적 사이의 차이는 제1 프레임 동안 포토사이트 판독 회로에 의해 캡처된 광의 양을 나타낸다.
예 33. 예 27 내지 예 32 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 복수의 광 펄스를 생성하기 위해 광원의 활성화를 제어하는 단계; 및 검출 윈도우 시퀀스의 각 검출 윈도우에 대해 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 센서를 작동시키는 단계[여기서, 검출 윈도우 시퀀스의 각 검출 윈도우는 복수의 광 펄스 중 각각의 광 펄스가 상기 포토다이오드 신호 입력에 커플링된 포토다이오드에 충돌하는 샘플링 시간에 대응함]를 더 포함한다.
예 34. 예 27 내지 예 33 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 상기 광원의 활성화를 제어하는 단계는 센서와 관련된 미리 결정된 검출 범위에 기초하여, 복수의 광 펄스의 생성을 제1, 제2, 및 제3 단계와 동기화하는 단계를 더 포함한다.
예 35. 포토다이오드에 의해 수집된 광을 검출하는 방법으로서, 증폭기의 제2 입력에 레퍼런스 신호를 제공하는 동안, 그리고 포토다이오드-생성 전류를 연속적으로 제공하는 동안, 상기 포토다이오드에 의해 생성된 포토다이오드-생성 전류를 증폭기의 제1 입력에 연속적으로 제공하는 단계; 및 제1 검출 기간에 걸쳐 상기 포토다이오드-생성 전류의 집적에 대응하는 제1 전하를 커패시터에 수집하기 위해, 제1 검출 기간 동안, 커패시터를 통해 증폭기의 증폭기 출력과 포토다이오드 신호 입력을 연결하는 단계; 상기 커패시터에 제1 전하를 수집한 후, 제1 유휴 기간 동안 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하고, 상기 커패시터를 제외한 제1 피드백 경로를 통해 상기 증폭기 출력을 포토다이오드 신호 입력에 연결하는 단계; 제1 유휴 기간 후에, 제2 검출 기간에 걸쳐 포토다이오드-생성 전류의 집적에 대응하는 제2 전하를 커패시터에서 수집하기 위해, 제2 검출 기간 동안, 제2 피드백 경로를 연결하는 단계; 상기 커패시터에 제2 전하를 수집한 후, 제2 유휴 기간 동안 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하고, 상기 제1 피드백 경로를 통해 상기 증폭기 출력을 포토다이오드 신호에 연결하는 단계; 제2 유휴 기간 동안, 제1 전하와 제2 전하의 합에 대응하는 크기를 갖는 제1 전기 신호를 커패시터로부터 샘플링하기 위해, 상기 커패시터를 판독 회로에 연결하는 단계; 및 상기 제1 전기 신호에 기초하여, 제1 검출 기간 및 제2 검출 기간 동안 포토다이오드에 충돌하는 광의 양을 결정하는 단계를 포함한다.
예 36. 예 35에 따른 방법으로서, 제2 유휴 기간 후에, 커패시터 양단의 전압을 고갈시키기 위해, 커패시터의 제1 단자를 커패시터의 제2 단자에 전기적으로 커플링하는 단계; 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자가 연결될 때, 상기 커패시터의 적어도 하나의 단자 상의 전압을 나타내는 제2 전기 신호를 판독 회로에 의해 샘플링하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 제1 검출 기간 및 상기 제2 검출 기간 동안 포토다이오드에 충돌하는 광의 양을 결정하는 행위는 상기 제2 전기 신호에 추가적으로 기초한다.
예 37. 예 35 내지 예 36 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 제1 검출 기간을 타겟을 향한 제1 광 펄스의 방출과 동기화하는 단계; 및 제2 검출 기간을 타겟을 향한 제2 광 펄스의 방출과 동기화하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전하 및 상기 제2 전하는 각각 상기 타겟에서 반사되어 상기 포토다이오드를 향하는 상기 제1 광 펄스의 광 및 상기 제2 광 펄스의 광에 대응한다.
예 38. 예 35 내지 예 37 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 상기 제1 유휴 기간 및 상기 제2 유휴 기간 동안 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하는 단계는 적어도 제2 유휴 기간 동안 상기 포토다이오드-생성 전류에 의한 상기 커패시터의 포화를 방지하기 위해, 상기 포토다이오드-생성 전류로부터 상기 커패시터를 연결해제하는 단계를 포함한다.
예 39. 예 35 내지 예 38 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 상기 제1 유휴 기간 동안 상기 제1 피드백 경로를 통해 상기 증폭기 출력을 상기 포토다이오드 신호 입력에 커플링하는 단계는 상기 제1 유휴 기간 동안 상기 포토다이오드에 대해 작동 바이어스를 유지한다.
예 40. 예 35 내지 예 39 중 임의 조합에 따른 방법으로서, 청구항 제22항의 방법을 반복하는 단계를 포함하는 방법으로서, 이는 제1 검출 프레임 동안 포토다이오드에 충돌하는 광의 제1 양을 결정하는 단계; 상기 제1 검출 프레임보다 늦은 제2 검출 프레임 동안 상기 포토다이오드에 충돌하는 광의 제2 양을 결정하는 단계; 상기 제1 검출 프레임보다 늦은 제3 검출 프레임 동안 상기 포토다이오드에 충돌하는 광의 제3 양을 결정하는 단계; 상기 포토다이오드가 속하고 주변 광으로부터 차폐되는 검출 어레이의 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제1 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정되는 제1 레퍼런스 신호를, 상기 제1 프레임 동안 상기 증폭기의 제2 입력에 인가하는 단계; 상기 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제2 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정되는 제2 레퍼런스 신호를, 상기 제2 프레임 동안 상기 제2 입력에 인가하는 단계; 및 상기 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제3 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 대응하여 결정된 제3 레퍼런스 신호를, 상기 제3 검출 프레임 동안 상기 제2 입력에 인가하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 제1 레퍼런스 신호, 상기 제2 레퍼런스 신호, 및 상기 제3 레퍼런스 신호는 서로 상이하다.
도시되고 설명된 장치.
도시되고 설명된 방법.
결론
본 개시내용은 특정 실시예 및 일반적으로 관련된 방법의 관점에서 설명되었지만, 실시예 및 방법의 변경 및 치환은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어 선택적으로, 단일 포토사이트는 예를 들어, 다른 스펙트럼 필터가 다른 포토다이오드 앞에 배치되는 경우, 단일 포토다이오드보다 많은 것을 포함할 수 있다. 서로 다른 포토다이오드(예를 들어, 서로 다른 범위)가 사용되는 경우, 동일한 종류의 모든 포토다이오드에 대해 별도의 피드백 회로가 구현될 수 있다. 본 개시내용은 본 명세서에 설명된 특정 실시예에 의해 제한되지 않고, 단지 첨부된 청구범위의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.
달리 명시하지 않는 한, 선택 옵션 목록의 마지막 두 부재 사이에 "및/또는"이라는 표현을 사용하는 것은 나열된 옵션 중 하나 이상의 선택이 적절하고 이루어질 수 있음을 나타낸다.
청구범위 또는 명세서가 "a" 또는 "an" 요소를 언급하는 경우, 이러한 언급은 해당 요소 중 하나만 존재하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점을 이해해야 한다.
본 명세서에 언급된 모든 참고문헌은 각각의 개별 참고문헌이 본 명세서에 참고로 포함되도록 구체적이고 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 또한, 본 출원에서 임의의 참고문헌의 인용 또는 식별은 그러한 참고문헌이 본 개시내용에 대한 선행 기술로서 이용 가능하다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
특정 양태에 대한 전술한 설명은 다른 사람들이 해당 기술 분야의 지식을 적용함으로써, 과도한 실험 없이 본 개시내용의 일반적인 개념에서 벗어나지 않으면서, 이러한 특정 양태를 다양한 응용 분야에 대해 쉽게 수정 및/또는 적응할 수 있도록, 개시내용의 일반적인 특성을 완전히 개시할 것이다. 따라서, 그러한 적응 및 수정은 본 명세서에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 양태의 등가물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서의 어법 또는 용어는 설명을 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니므로, 본 명세서의 용어 또는 어법은 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
명세서에서 "하나의 양태", "일 양태", "예시적인 양태" 등에 대한 언급은 설명된 양태가 특정 특징, 구조 또는 특징부를 포함할 수 있지만, 모든 양태가 특정한 특징, 구조 또는 특징부를 반드시 포함하는 것은 아님을 나타낸다. 더욱이, 그러한 문구가 반드시 동일한 양태를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특징부가 일 양태와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되었든 설명되지 않은 든, 다른 양태와 관련하여 그러한 특징, 구조 또는 특징부에 영향을 미치는 것은 당업자의 지식 범위 내에 있다고 볼 것이다.
본 명세서에 기술된 예시적인 양태는 설명의 목적으로 제공되며 제한적이지 않다. 다른 예시적인 양태가 가능하며, 예시적인 양태에 대한 수정이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 명세서는 개시내용을 제한하려는 의도가 아니다. 오히려, 개시내용의 범위는 하기 청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정의된다.
양태는 하드웨어(예를 들어, 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 양태는 하나 이상의 프로세서에 의해 판독 및 실행될 수 있는, 기계-판독 가능 매체에 저장된 명령으로 구현될 수도 있다. 기계-판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계-판독 가능한 매체는 읽기 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 저장 매체; 광 저장 매체; 플래시 메모리 장치; 전기, 광학, 음향 또는 기타 형태의 전파 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 특정 작업을 수행하는 것으로 본 명세서에서 설명될 수 있다. 그러나, 그러한 설명은 단지 편의를 위한 것이며, 실제로 그러한 동작은 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러, 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 기타 장치로부터 발생한다는 점을 이해해야 한다. 또한, 임의의 구현 변형은 범용 컴퓨터로 수행될 수 있다.
이러한 논의의 목적을 위해, "처리 회로" 또는 "프로세서 회로"라는 용어는 회로(들), 프로세서(들), 로직 또는 이들의 조합으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 회로는 아날로그 회로, 디지털 회로, 상태 머신 로직, 기타 구조적 전자 하드웨어 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 프로세서에는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 기타 하드웨어 프로세서가 포함될 수 있다. 프로세서는 본 명세서에 설명된 양태에 따라 해당 기능(들)을 수행하기 위한 명령으로 "하드 코딩"될 수 있다. 대안적으로, 프로세서는 내부 및/또는 외부 메모리에 액세스하여, 메모리에 저장된 명령을 검색할 수 있으며, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 명령은 프로세서와 관련된 해당 기능(들) 및/또는 하나 이상의 기능 및/또는 프로세서가 포함된 구성요소의 작동과 관련된 작동을 수행한다.
본 명세서에 설명된 하나 이상의 예시적인 양태에서, 처리 회로는 데이터 및/또는 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 예를 들어, 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 자기 저장 매체, 광 디스크, 지울 수 있는 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(EPROM) 및 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(PROM)를 포함하는 임의의 잘 알려진 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리일 수 있다. 메모리는 제거-불가능하거나 제거-가능하거나 이들 조합일 수 있다.
Claims (27)
- 포토사이트 판독 회로로서,
포토다이오드 신호 입력, 레퍼런스 신호 입력 및 증폭기 출력을 갖는 증폭기;
상기 포토다이오드 신호 입력과 상기 증폭기 출력을 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된 제1 스위치; 및
커패시터를 통하여 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된 제2 스위치를 포함하고,
상기 포토다이오드 신호 입력은 상기 포토사이트 판독 회로가 제1 스위칭 상태에 있을 때, 상기 커패시터 양단에 전압 축적을 초래하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하도록 구성되고,
상기 커패시터 양단의 전압 축적은 상기 포토사이트 판독 회로가 제2 스위칭 상태에 있을 때, 유지되고,
상기 제1 스위칭 상태에서, 상기 제1 스위치는 상기 제1 피드백 경로를 연결해제하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 피드백 경로를 연결하고,
상기 제2 스위칭 상태에서, 상기 제1 스위치는 상기 제1 피드백 경로를 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하는 포토사이트 판독 회로. - 제1항에 있어서, 상기 제2 스위칭 상태에서, 상기 제1 피드백 경로의 연결은 상기 포토다이오드 신호 입력에서의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 상기 커패시터 양단의 전압 축적이 유지되도록 하는 포토사이트 판독 회로.
- 제1항에 있어서, 제3 스위칭 상태에서, 상기 제1 스위치는 상기 제1 피드백 경로를 연결하고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 피드백 경로를 연결하고,
상기 제3 스위칭 상태는 상기 커패시터 양단의 전압이 0V로 리셋되는 것에 대응하는 포토사이트 판독 회로. - 제1항에 있어서, 상기 포토사이트 판독 회로는 개별 검출 윈도우 세트의 각 검출 윈도우 동안 상기 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 개별 검출 윈도우 세트 중 인접한 각 윈도우 사이에서, 상기 포토사이트 판독 회로가 상기 제2 스위칭 상태에 따라 작동하게 하는 포토사이트 판독 회로.
- 제4항에 있어서, 상기 포토사이트 판독 회로는 이미징 센서의 일부이고, 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태에 따라 순차적으로 작동함으로써, 연속 프레임 세트 중 각 프레임에 대해 상기 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되고,
상기 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태의 순차적 작동은 상기 이미징 센서의 적어도 하나의 다른 포토사이트 판독 회로와 동기화되는 포토사이트 판독 회로. - 제1항에 있어서, 상기 포토사이트 판독 회로는 단파 적외선(SWIR) 이미징 센서의 복수의 포토사이트 판독 회로 중 하나인 포토사이트 판독 회로.
- 전기 광학 시스템으로서,
복수의 포토사이트 판독 회로로서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로는,
포토다이오드 신호 입력, 레퍼런스 신호 입력 및 증폭기 출력을 갖는 증폭기, 및
(i) 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하고, (ii) 커패시터를 통해 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록 구성된 복수의 스위치를 포함하고,
여기서, 상기 포토다이오드 신호 입력은 상기 포토사이트 판독 회로가 제1 스위칭 상태에 있을 때, 상기 커패시터 양단에 전압 축적을 초래하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하도록 구성되고, 상기 커패시터 양단의 전압 축적은 상기 포토사이트 판독 회로가 제2 스위칭 상태에 있을 때, 유지되는, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로;
복수의 포토사이트 각각에 대해, (i) 상기 제1 스위칭 상태 동안, 상기 제1 피드백 경로를 연결해제하고 상기 제2 피드백 경로를 연결함으로써, 상기 전기 광학 시스템을 작동시키고, (ii) 상기 제2 스위칭 상태 동안, 상기 제1 피드백 경로를 연결하고 상기 제2 피드백 경로를 연결해제함으로써, 상기 전기 광학 시스템을 작동시키기 위해, 상기 복수의 스위치를 제어하도록 구성된 컨트롤러; 및
복수의 포토사이트 각각에 대해, 상기 제1 스위칭 상태 또는 상기 제2 스위칭 상태 중 하나 동안 상기 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하도록 구성된 판독 회로;
를 포함하는 전기 광학 시스템. - 제7항에 있어서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로에 대해, 상기 제2 스위칭 상태에서, 각각의 포토사이트 판독 회로의 제1 피드백 경로의 연결은 각각의 포토사이트 판독 회로의 상기 포토다이오드 신호 입력에서의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 각각의 포토사이트 판독 회로의 상기 커패시터 양단의 전압 축적이 유지되게 하는 전기 광학 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 각각의 포토사이트 판독 회로의 제1 피드백 경로 및 각각의 포토사이트 판독 회로의 제2 피드백 경로를 연결함으로써, 각각의 포토사이트 판독 회로의 포토다이오드 신호 입력을 각각의 포토사이트 판독 회로의 증폭기 출력에 커플링하기 위해, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각 포토사이트 판독 회로에 대한 복수의 스위치를 제어하여, 상기 전기 광학 시스템을 제3 스위칭 상태에서 작동시키도록 구성되고,
상기 제3 스위칭 상태는 각각의 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압이 0V로 리셋되는 것에 대응하는 전기 광학 시스템. - 제7항에 있어서,
복수의 광 펄스를 생성하도록 구성된 광원을 더 포함하고,
상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로는 검출 윈도우 시퀀스 각각에 대해 각 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되고, 상기 검출 윈도우 시퀀스의 각 검출 윈도우는 복수의 광 펄스 각각이 각각의 포토사이트 판독 회로에 커플링된 포토다이오드에 충돌하는 샘플링 시간에 대응하는 전기 광학 시스템. - 제10항에 있어서, 상기 검출 윈도우 시퀀스 중 각각의 인접한 검출 윈도우 사이에서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로는 상기 제2 스위칭 상태에 따라 작동하는 전기 광학 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로는 이미징 센서의 일부이고,
제1, 제2 및 제3 스위칭 상태에 따라 이미징 센서를 순차적으로 작동시킴으로써, 복수의 포토사이트 판독 회로 중 각각의 포토사이트 판독 회로가 연속 프레임 세트 중 각각에 대해 각각의 포토사이트 판독 회로의 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 구성되는 전기 광학 시스템. - 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 스위칭 상태 및 상기 제2 스위칭 상태에 따라 각각의 포토사이트 판독 회로의 작동을 동기화하기 위해, 상기 복수의 포토사이트 판독 회로 중에서 각각의 포토사이트 판독 회로로 식별되는 각각의 복수의 스위치를 제어하도록 구성되는 전기 광학 시스템.
- 포토다이오드 신호 입력, 레퍼런스 신호 입력 및 증폭기 출력을 갖는 증폭기를 포함하는 포토사이트 판독 회로를 포함하는 센서를 작동시키는 방법으로서,
(i) 상기 포토다이오드 신호 입력과 상기 증폭기 출력을 커플링하는 제1 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하고, (ii) 커패시터를 통해 상기 포토다이오드 신호 입력을 상기 증폭기 출력에 커플링하는 제2 피드백 경로를 선택적으로 연결하거나 연결해제하도록, 복수의 스위치를 제어하는 단계;
제1 스위칭 상태에 대응하는 제1 페이즈 동안, 커패시터 양단에 전압 축적을 초래하는 포토다이오드-생성 전류를 수신하는 단계, 여기서 상기 제1 스위칭 상태는 상기 제1 피드백 경로가 연결해제되고 상기 제2 피드백 경로가 연결되는 것에 대응하고;
상기 제1 페이즈, 또는 제2 스위칭 상태에 대응하는 제2 페이즈 중 하나 동안, 상기 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하는 단계, 여기서 제2 스위칭 상태는 상기 제1 피드백 경로가 연결되고 상기 제2 피드백 경로가 연결해제되는 것에 대응하고;
를 포함하는 방법. - 제14항에 있어서, 상기 제2 스위칭 상태에서, 상기 제1 피드백 경로의 연결은 상기 포토다이오드 신호 입력에서의 바이어스 전압이 일정한 전압 레벨로 유지되는 동안, 상기 커패시터 양단의 전압 축적이 유지되도록 하는 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 복수의 스위치를 통해 상기 제1 피드백 경로 및 상기 제2 피드백 경로를 연결함으로써, 제3 스위칭 상태에 대응하는 제3 페이즈에서 상기 센서를 작동시키는 단계를 더 포함하고,
여기서, 상기 제3 스위칭 상태는 상기 커패시터 양단의 전압이 0V로 리셋되는 것에 대응하는 방법. - 제14항에 있어서,
개별 검출 윈도우 시퀀스 각각에 대해 커패시터 양단의 전압을 축적하도록 상기 센서를 작동시키는 단계를 더 포함하고,
여기서, 상기 포토사이트 판독 회로는 개별 검출 윈도우 시퀀스의 각각의 인접한 검출 윈도우 사이에서, 상기 제2 스위칭 상태에 놓이는 방법. - 제16항에 있어서,
연속 프레임 세트 중 각 프레임에 대해 커패시터 양단의 전압을 축적하기 위해, 제1, 제2 및 제3 스위칭 상태에 따라 상기 센서를 순차적으로 작동시키는 단계를 더 포함하는 방법. - 제18항에 있어서, 상기 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하는 단계는,
제2 페이즈 동안, 상기 연속 프레임 세트 중 제1 프레임의 끝에서 상기 커패시터 양단의 전압 축적을 측정하는 단계; 및
제3 페이즈 동안, 상기 제1 프레임의 끝에서 상기 커패시터 양단의 전압이 0V로 리셋되는 것을 측정하는 단계를 포함하고,
여기서, 상기 제2 페이즈 및 상기 제3 페이즈 동안, 상기 커패시터 양단의 전압 축적 사이의 차이는 상기 제1 프레임 동안 상기 포토사이트 판독 회로에 의해 캡처된 광의 양을 나타내는 방법. - 제14항에 있어서,
복수의 광 펄스를 생성하기 위해 광원의 활성화를 제어하는 단계; 및
검출 윈도우 시퀀스의 각 검출 윈도우에 대해 상기 커패시터 양단의 전압을 축적하기 위해 상기 센서를 작동시키는 단계, 여기서 상기 검출 윈도우 시퀀스의 각 검출 윈도우는 상기 복수의 광 펄스 중 각각의 광 펄스가 상기 포토다이오드 신호 입력에 커플링된 포토다이오드에 충돌하는 샘플링 시간에 대응하고;
를 더 포함하는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 광원의 활성화를 제어하는 단계는 상기 센서와 관련된 미리 결정된 검출 범위에 기초하여, 상기 복수의 광 펄스의 생성을 제1, 제2, 및 제3 페이즈와 동기화하는 단계를 더 포함하는 방법. - 포토다이오드에 의해 수집된 광을 검출하는 방법으로서,
포토다이오드-생성 전류를 연속적으로 제공하는 동안, 증폭기의 제2 입력에 레퍼런스 신호를 제공하면서, 상기 포토다이오드에 의해 생성된 포토다이오드-생성 전류를 상기 증폭기의 제1 입력에 연속적으로 제공하는 단계, 및
제1 검출 기간 동안, 커패시터를 통해 상기 증폭기의 증폭기 출력과 포토다이오드 신호 입력 사이의 제2 피드백 경로를 연결하여, 상기 제1 검출 기간에 걸친 상기 포토다이오드-생성 전류의 집적에 대응하는 제1 전하를 커패시터에 수집하는 단계;
상기 커패시터에 제1 전하를 수집한 후, 제1 유휴 기간 동안, 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하고, 상기 커패시터를 제외하는 제1 피드백 경로를 통해 상기 증폭기 출력을 상기 포토다이오드 신호 입력에 연결하는 단계;
제1 유휴 기간 후, 제2 검출 기간 동안, 상기 제2 피드백 경로를 연결하여, 상기 제2 검출 기간에 걸친 상기 포토다이오드-생성 전류의 집적에 대응하는 제2 전하를 커패시터에서 수집하는 단계;
상기 커패시터에 제2 전하를 수집한 후, 제2 유휴 기간 동안, 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하고, 상기 제1 피드백 경로를 통해 상기 증폭기 출력을 상기 포토다이오드 신호 입력에 연결하는 단계;
제2 유휴 기간 동안, 상기 제1 전하와 상기 제2 전하의 합에 대응하는 크기를 갖는 제1 전기 신호를, 상기 커패시터로부터 샘플링하기 위해, 상기 커패시터를 판독 회로에 연결하는 단계; 및
상기 제1 전기 신호에 기초하여, 상기 제1 검출 기간 및 상기 제2 검출 기간 동안 상기 포토다이오드에 충돌하는 광의 양을 결정하는 단계;
를 포함하는 방법. - 제22항에 있어서,
제2 유휴 기간 후, 상기 커패시터 양단의 전압을 고갈시키기 위해, 상기 커패시터의 제1 단자를 상기 커패시터의 제2 단자에 전기적으로 커플링하는 단계; 및
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자가 연결될 때, 상기 커패시터의 적어도 하나의 단자 상의 전압을 나타내는 제2 전기 신호를, 상기 판독 회로에 의해 샘플링하는 단계를 포함하고,
여기서, 상기 제1 검출 기간 및 상기 제2 검출 기간 동안 상기 포토다이오드에 충돌하는 광의 양을 결정하는 동작은 상기 제2 전기 신호에 추가적으로 기초하는 방법. - 제22항에 있어서,
상기 제1 검출 기간을, 타겟을 향한 제1 광 펄스의 방출과 동기화하는 단계; 및
상기 제2 검출 기간을, 상기 타겟을 향한 제2 광 펄스의 방출과 동기화하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 전하 및 상기 제2 전하는 상기 타겟에서 반사되어 상기 포토다이오드를 향하는, 상기 제1 광 펄스의 광 및 상기 제2 광 펄스의 광에 각각 대응하는 방법. - 제22항에 있어서, 상기 제1 유휴 기간 및 상기 제2 유휴 기간 동안 상기 제2 피드백 경로를 연결해제하는 동작은 적어도 제2 유휴 기간 동안 상기 포토다이오드-생성 전류에 의한 상기 커패시터의 포화를 방지하기 위해, 상기 커패시터를 상기 포토다이오드-생성 전류로부터 연결해제하는 단계를 포함하는 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 제1 유휴 기간 동안 상기 제1 피드백 경로를 통해 상기 증폭기 출력을 상기 포토다이오드 신호 입력에 연결하는 동작은 상기 제1 유휴 기간 동안 상기 포토다이오드에 대해 작동 바이어스를 유지하는 방법.
- 제22항에 있어서, 하기 단계를 위해 제22항의 방법을 반복하는 단계를 포함하는 방법:
제1 검출 프레임 동안 포토다이오드에 충돌하는 광의 제1 양을 결정하는 단계;
상기 제1 검출 프레임보다 늦은 제2 검출 프레임 동안 상기 포토다이오드에 충돌하는 광의 제2 양을 결정하는 단계;
상기 제1 검출 프레임보다 늦은 제3 검출 프레임 동안 상기 포토다이오드에 충돌하는 광의 제3 양을 결정하는 단계;
상기 포토다이오드가 속하고 주변 광으로부터 차폐되는 검출 어레이의 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제1 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정되는 제1 레퍼런스 신호를, 제1 검출 프레임 동안 상기 증폭기의 제2 입력에 인가하는 단계;
상기 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제2 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정되는 제2 레퍼런스 신호를, 제2 검출 프레임 동안 상기 제2 입력에 인가하는 단계; 및
상기 레퍼런스 포토사이트에 의해 출력되는 제3 레퍼런스 포토사이트 전기 신호에 응답하여 결정되는 제3 레퍼런스 신호를, 제3 검출 프레임 동안 상기 제2 입력에 인가하는 단계;
여기서, 상기 제1 레퍼런스 신호, 상기 제2 레퍼런스 신호, 및 상기 제3 레퍼런스 신호는 서로 상이하다.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240093646A true KR20240093646A (ko) | 2024-06-24 |
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