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公開番号2024100634
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-26
出願番号2023022163
出願日2023-02-16
発明の名称距離測定のための装置
出願人エスケーハイニックス株式会社,SK hynix Inc.
代理人弁理士法人三枝国際特許事務所
主分類G01S 7/495 20060101AFI20240719BHJP(測定;試験)
要約【課題】TOFモジュールが測定する距離の正確性を向上させる。
【解決手段】距離測定装置10は、複数の変調周波数から選択された第1変調周波数、複数の変調周波数に基づいて決められたコード当たりの長さ、及びコードごとに含まれ第1変調周波数に対応するパルスの反転有無を決める擬似ランダム(pseudo noise)コードのコード数に基づいて変調光制御信号を生成する制御部130と、変調光制御信号に応じて変調光を出力する光源110と、変調光制御信号に基づいて決められた第1変調電圧が印加される第1タップ310、及び第1変調電圧が反転した第2変調電圧が印加される第2タップ320を含む単位画素PXと、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の変調周波数から選択された第１変調周波数、上記複数の変調周波数に基づいて決められたコード当たりの長さ、及び上記コードごとに含まれ上記第１変調周波数に対応するパルスの反転有無を決める擬似ランダム（ｐｓｅｕｄｏｎｏｉｓｅ）コードのコード数に基づいて変調光制御信号を生成する制御部と、
上記変調光制御信号に応じて変調光を出力する光源と、
上記変調光制御信号に基づいて決められた第１変調電圧が印加される第１タップ、及び上記第１変調電圧が反転した第２変調電圧が印加される第２タップを含む単位画素と、を含むことを特徴とする距離測定装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
上記コード当たりの長さは、
上記複数の変調周波数から選択された変調周波数に関わらず一定の値を有することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記制御部は、
上記コードが０であるか、または１であるかによって上記パルスの反転有無を決めることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】
上記コード数は、
２
ｎ
－１であり、ｎは２以上の自然数であることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項５】
上記制御部は、
上記コード当たりの長さ及び上記コード数に基づいて上記単位画素の露光時間を決めることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項６】
上記制御部は、
上記複数の変調周波数から選択された上記第１変調周波数に基づいて上記単位画素を介して第１フレームを取得し、
上記複数の変調周波数から選択された第２変調周波数に基づいて上記単位画素を介して上記第１フレームに続く第２フレームを取得することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項７】
上記第１変調電圧は、
上記変調光制御信号と０度、９０度、１８０度、または２７０度の何れか１つの位相差を有するように決められることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項８】
上記単位画素は、
上記変調光が外部物体に反射された反射光に基づいて光電荷を生成し、
上記第１タップ及び上記第２タップに印加される上記第１変調電圧及び上記第２変調電圧によって上記単位画素内に画素電流を発生させ、
上記第１タップ及び上記第２タップを介して上記画素電流に応じて移動する上記光電荷をキャプチャーすることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項９】
上記第１タップ及び上記第２タップから上記キャプチャーされた光電荷に対応する画素データを取得するためのリードアウト回路と、
上記画素データに基づいて上記外部物体との距離を識別する距離測定モジュールと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の距離測定装置。
【請求項１０】
複数の変調周波数から選択された第１変調周波数、上記複数の変調周波数に基づいて決められたコード当たりの長さ、及び上記コードごとに含まれ上記第１変調周波数に対応するパルスの反転有無を決める擬似ランダムコードのコード数に基づいて第１変調光制御信号を生成し、上記複数の変調周波数から選択された第２変調周波数、上記コード当たりの長さ、及び上記コード数に基づいて第２変調光制御信号を生成する制御部と、
上記第１変調光制御信号に応じて第１変調光を出力する第１光源、及び上記第１変調光制御信号に関連する変調電圧がそれぞれ印加されるタップを含む第１単位画素を含む第１ＴＯＦ（ｔｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）モジュールと、
上記第２変調光制御信号に応じて第２変調光を出力する第２光源、及び上記第２変調光制御信号に関連する変調電圧がそれぞれ印加されるタップを含む第２単位画素を含む第２ＴＯＦモジュールと、を含むことを特徴とする距離測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はＴＯＦ（ｔｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）方式を用いて外部物体との距離を測定する技術に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、セキュリティ、医療機器、自動車、ゲーム機、ＶＲ／ＡＲ、モバイル機器などの多様な分野で外部物体との距離を測定するイメージセンサに対する需要が増加している。距離を測定する方式には三角測量（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）方式、飛行時間距離測定（ｔｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ、以下、ＴＯＦ）方式、及び干渉法（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）などが含まれる。そのうち、ＴＯＦ方式は光または信号などの飛行時間、即ち、光または信号を出力した後、外部物体から反射して返ってくる時間を測定して距離を計算する方式であり、活用範囲が広くて処理速度が速く、コストの面でも有利であるというメリットがある。
【０００３】
ＴＯＦ方式の中でも間接（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）ＴＯＦ方式は光源を介して変調された光波（ｍｏｄｕｌａｔｅｄｌｉｇｈｔｗａｖｅ、以下、変調光）を放出し、変調光は正弦波、パルストレイン、または他の周期的な波形を有することができる。ＴＯＦセンサは観測された場面内の表面から上記変調光が反射された反射光を検出する。電子装置は放出された変調光と受信した反射光との位相差を測定し、ＴＯＦセンサと上記場面内の外部物体との物理的距離（または深度）を算出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つ以上のＴＯＦモジュール（例えば、ＴＯＦモジュールＡ、Ｂ）を一緒に利用して外部物体の距離を測定する場合、ＴＯＦモジュールは互いに非同期（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ）の変調光ＡとＢをそれぞれ出力する。従って、何れか１つのＴＯＦモジュール（例えば、ＴＯＦモジュールＡ）は変調光Ａが外部物体によって反射された反射光Ａ、及び変調光Ｂが上記外部物体によって反射された反射光Ｂの両方を受信するようになり、反射光Ａに対応する電荷量及び反射光Ｂに対応する電荷量に基づいて上記外部物体の距離を測定する。このとき、ＴＯＦモジュールＡで測定された距離には反射光Ｂによる電荷量に対応する誤差が含まれる。即ち、２つ以上のＴＯＦモジュールを用いる場合には互いの変調光による干渉が発生し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施例による距離測定装置は、複数の変調周波数から選択された第１変調周波数、上記複数の変調周波数に基づいて決められたコード当たりの長さ、及び上記コードごとに含まれ上記第１変調周波数に対応するパルスの反転有無を決める擬似ランダム（ｐｓｅｕｄｏｎｏｉｓｅ）コードのコード数に基づいて変調光制御信号を生成する制御部と、上記変調光制御信号に応じて変調光を出力する光源と、上記変調光制御信号に基づいて決められた第１変調電圧が印加される第１タップ、及び上記第１変調電圧が反転した第２変調電圧が印加される第２タップを含む単位画素と、を含んでもよい。
【０００６】
本開示の実施例による距離測定装置は、複数の変調周波数から選択された第１変調周波数、上記複数の変調周波数に基づいて決められたコード当たりの長さ、及び上記コードごとに含まれ上記第１変調周波数に対応するパルスの反転有無を決める擬似ランダムコードのコード数に基づいて第１変調光制御信号を生成し、上記複数の変調周波数から選択された第２変調周波数、上記コード当たりの長さ、及び上記コード数に基づいて第２変調光制御信号を生成する制御部と、上記第１変調光制御信号に応じて第１変調光を出力する第１光源、及び上記第１変調光制御信号に関連する変調電圧がそれぞれ印加されるタップを含む第１単位画素を含む第１ＴＯＦモジュールと、上記第２変調光制御信号に応じて第２変調光を出力する第２光源、及び上記第２変調光制御信号に関連する変調電圧がそれぞれ印加されるタップを含む第２単位画素を含む第２ＴＯＦモジュールと、を含んでもよい。
【０００７】
本開示の実施例による距離測定方法は、選択可能な複数の変調周波数に基づいてコード当たりの長さを決める段階と、上記複数の変調周波数から第１変調周波数を選択する段階と、擬似ランダムコードのコード数を決める段階と、上記コード当たりの長さ、上記第１変調周波数、及び上記コード数に基づいて、上記コードごとに上記第１変調周波数に対応するパルスを含み、上記擬似ランダムコードによって上記パルスの反転有無が決まる変調光制御信号を生成する段階と、上記変調光制御信号に基づいて第１変調電圧を生成し、上記第１変調電圧が反転した第２変調電圧を生成する段階と、光源を介して上記変調光制御信号による変調光を出力する段階と、単位画素に含まれた第１タップ及び第２タップに上記第１変調電圧及び上記第２変調電圧をそれぞれ印加して、上記変調光が外部物体によって反射された反射光に基づいて上記外部物体との距離を識別する段階と、を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によると、２つ以上のＴＯＦモジュールを一緒に用いて外部物体の距離を測定する場合でも互いの変調光による干渉を減少させることができ、これにより、ＴＯＦモジュールが測定する距離の正確性が向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施例による装置の構成を概略的に説明するための図である。
本発明の実施例による２つのＴＯＦモジュールを含む装置の構成を概略に説明するための図である。
本発明の実施例による単位画素を説明するための図である。
２つのＴＯＦモジュールを介して外部物体の距離を測定する場合に生じる干渉を説明するための図である。
本発明の実施例による擬似ランダムコードによって反転されたパルスを有する変調光制御信号の例を説明するための図である。
本発明の実施例による擬似ランダムコードを用いる場合のＴＯＦモジュール間の干渉が減少する効果を説明するための図である。
本発明の実施例による擬似ランダムコードを用いる場合のＴＯＦモジュール間の干渉が減少する効果を説明するための図である。
本発明の実施例による周波数ホッピングを用いる場合のＴＯＦモジュール間の干渉が減少する原理を説明するための図である。
本発明の実施例による周波数ホッピングを用いる場合のＴＯＦモジュール間の干渉が減少する効果を説明するための図である。
本発明の実施例による擬似ランダムコード及び周波数ホッピングを用いる場合の第１変調光制御信号及び第２変調光制御信号の例を説明するための図である。
本発明の実施例による擬似ランダムコード及び周波数ホッピングを用いる場合のＴＯＦモジュール間の干渉が減少する効果を説明するための図である。
本発明の実施例によるＴＯＦモジュール間の干渉を減少させる方法の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書または出願に開示されている本発明の概念による実施例に対する特定の構造的または機能的説明は本発明の概念による実施例を説明する目的でのみ例示されており、本発明の概念による実施例は様々な形態で実施することができ、本明細書または出願に説明された実施例に限定されると解釈べきではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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