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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024100634
(43)【公開日】2024-07-26
(54)【発明の名称】距離測定のための装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/495 20060101AFI20240719BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20240719BHJP
【ＦＩ】
G01S7/495
G01S17/894
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023022163
(22)【出願日】2023-02-16
(31)【優先権主張番号】10-2023-0005512
(32)【優先日】2023-01-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】310024033
【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】矢田 悠介
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AD02
5J084BA04
5J084BA20
5J084BA36
5J084BA40
5J084CA08
5J084CA10
5J084CA12
5J084DA01
5J084DA08
5J084DA09
5J084EA24
(57)【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
【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（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。
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。
【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。
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。
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、
２ｎ－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。
２ｎ－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。
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。
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。
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。
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。
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（ｔｉｍｅ ｏｆＦｌｉｇｈｔ）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。
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（ｔｉｍｅ ｏｆＦｌｉｇｈｔ）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】
上記制御部は、
上記第１光源と上記第２光源を非同期的に制御することを特徴とする請求項１０に記載の距離測定装置。
上記第１光源と上記第２光源を非同期的に制御することを特徴とする請求項１０に記載の距離測定装置。
【請求項12】
上記コード当たりの長さは、
上記第１変調光制御信号及び上記第２変調光制御信号において同じ値を有することを特徴とする請求項１０に記載の距離測定装置。
上記第１変調光制御信号及び上記第２変調光制御信号において同じ値を有することを特徴とする請求項１０に記載の距離測定装置。
【請求項13】
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、を含むことを特徴とする距離測定方法。
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、を含むことを特徴とする距離測定方法。
【請求項14】
上記コード当たりの長さを決める段階は、
上記複数の変調周波数から選択される上記第１変調周波数に関わらず一定の値を有するように上記コード当たりの長さを決める段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。
上記複数の変調周波数から選択される上記第１変調周波数に関わらず一定の値を有するように上記コード当たりの長さを決める段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。
【請求項15】
上記第１変調周波数を選択する段階は、
上記単位画素を介して取得するフレームごとに上記複数の変調周波数からランダムに何れか１つの変調周波数である上記第１変調周波数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。
上記単位画素を介して取得するフレームごとに上記複数の変調周波数からランダムに何れか１つの変調周波数である上記第１変調周波数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。
【請求項16】
上記変調光制御信号を生成する段階は、
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段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。
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段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はＴＯＦ（ｔｉｍｅ ｏｆＦｌｉｇｈｔ）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。
【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（ｔｉｍｅ ｏｆＦｌｉｇｈｔ、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（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅ、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（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】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図9】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。
【図10】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。
【図11】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。
【図12】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】
以下では、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。
【0012】
図１は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。
【0013】
図１を参照すると、装置１０は光源１１０、画素アレイ１２０、制御部１３０、行走査回路（ｒｏｗ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）１４０、及び列走査回路（ｃｏｌｕｍｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）１５０を含んでもよい。装置１０はＴＯＦ方式を用いて外部物体１との距離、または外部物体１の深度を測定することができる。ＴＯＦ方式は外部物体１に向けて変調光を照射（ｅｍｉｔ）し、外部物体１から反射して入射する反射光を検知し、変調光と反射光との位相差（ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）に基づいて間接的（ｉｎｄｉｒｅｃｔ）に装置１０と外部物体１との距離を測定する方式であってもよい。本開示における装置１０は距離測定装置と称することができる。また、本開示では、装置１０が外部物体１との距離を測定する方法を距離測定方法と称することもできる。
【0014】
光源１１０は制御部１３０から提供される変調光制御信号に応答して外部物体１に光を照射することができる。光源１１０は特定波長帯域の光（例えば、近赤外線、赤外線、可視光）を発するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）、近赤外線レーザ（Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｌａｓｅｒ、ＮＩＲ）、ポイント光源、白色ランプとモノクロメータ（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ）が組み合わさった単色（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ）照明源、または他のレーザ光源の組み合わせであってもよい。例えば、光源１１０は８００ｎｍ～１０００ｎｍの波長を有する赤外線を発光することができる。光源１１０から照射される光は指定された変調周波数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）に変調された変調光（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ）であってもよい。本開示では、光源１１０が出力する変調光は制御部１３０から受信する変調光制御信号と同期したものと理解することができる。
【0015】
画素アレイ１２０は２次元マトリックス構造で連続的に配列された複数の単位画素ＰＸを含んでもよい。例えば、画素アレイ１２０は行（ｒｏｗ）方向及び列（ｃｏｌｕｍｎ）方向に連続して配列された単位画素ＰＸを含んでもよい。単位画素ＰＸは画素アレイ１２０上で同じ形状が繰り返し配列される最小単位であってもよい。単位画素ＰＸはそれぞれ２つのタップを含んでもよい。単位画素ＰＸの内部構造については図３を参照して後述する。
【0016】
制御部１３０は変調光制御信号を生成して光源１１０が変調光を出力するように制御することができる。また、制御部１３０は行走査回路１４０を利用して単位画素ＰＸに第１変調電圧と第２変調電圧を印加することができる。変調光制御信号、第１変調電圧、及び第２変調電圧については図５、図８、及び図１０を参照して後述する。
【0017】
制御部１３０は光源１１０に変調光制御信号を提供することができる。光源１１０は変調光制御信号に対応する変調光を出力することができる。
【0018】
制御部１３０は行走査回路１４０を介して単位画素ＰＸに変調電圧を印加することができる。行走査回路１４０は制御部１３０の制御に応じて単位画素ＰＸの基板内に画素電流（ｐｉｘｅｌ ｃｕｒｒｅｎｔ）を発生させるための変調電圧を出力することができる。例えば、制御部１３０は第１変調電圧及び第２変調電圧を生成して行走査回路１４０に提供することができ、行走査回路１４０は制御部１３０から受信した第１変調電圧と第２変調電圧を単位画素ＰＸに印加することができる。他の例としては、制御部１３０は変調光制御信号の位相に関する制御信号を行走査回路１４０に提供することができ、行走査回路１４０は上記制御信号に応じて第１変調電圧と第２変調電圧を生成して単位画素ＰＸに印加することもできる。
【0019】
行走査回路１４０は画素アレイ１２０の複数の行ライン（ｒｏｗ ｌｉｎｅｓ）のうち少なくとも１つの行ラインを選択及び制御できる制御信号を生成することができる。上記制御信号はリセットトランジスタを制御するリセット信号（ｒｅｓｅｔ ｓｉｇｎａｌ）、検出領域に蓄積された光電荷の伝達を制御する伝送信号（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｉｇｎａｌ）、選択トランジスタを制御する選択信号（ｓｅｌｅｃｔ ｓｉｇｎａｌ）のうち少なくとも一部を含んでもよい。
【0020】
制御部１３０は列走査回路１５０が画素アレイ１２０から画素データを取得するように制御することができる。列走査回路１５０は画素アレイ１２０から出力される画素信号を処理してデジタル信号の形態の画素データを生成することができる。列走査回路１５０はリードアウト回路（ｒｅａｄｏｕｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）と称することもできる。
【0021】
列走査回路１５０は画素アレイ１２０から出力された画素信号に対してＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）を行うことができる。装置１０はＣＤＳによって上記画素信号に含まれたリードアウトノイズを減少させることができる。また、列走査回路１５０はＣＤＳが行われた出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含んでもよい。また、列走査回路１５０はＡＤＣから出力される画素データを一時保存し、外部に出力するためのバッファ回路を含んでもよい。
【0022】
装置１０は画素アレイ１２０を介して取得した画素データに基づいて外部物体１との距離（または外部物体１の深度）を識別する距離測定モジュールをさらに含んでもよい。例えば、光源１１０が装置１０が撮影する場面に向けて予め定められた周波数に変調された変調光を照射し、装置１０は場面内の外部物体１から反射された反射光（または入射光）を検知すると、変調光と反射光の間には装置１０と外部物体１との距離に応じた時間遅延（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ）が存在するようになる。距離測定モジュールは変調光と反射光との位相差に基づいて外部物体１との距離を識別することができる。装置１０は変調光と反射光との位相差を用いて各単位画素ＰＸごとの深度情報を含む深度画像を生成することができる。
【0023】
【0024】
図２を参照すると、装置１０は第１ＴＯＦモジュール１００及び第２ＴＯＦモジュール２００を含んでもよい。第１ＴＯＦモジュール１００は光源１１０、画素アレイ１２０、行走査回路１４０、及び列走査回路１５０を含んでもよい。第２ＴＯＦモジュール２００は光源２１０、画素アレイ２２０、行走査回路２４０、及び列走査回路２５０を含んでもよい。図１で説明した光源１１０、画素アレイ１２０、行走査回路１４０、及び列走査回路１５０に対する内容は光源２１０、画素アレイ２２０、行走査回路２４０、及び列走査回路２５０にも適用することができる。
【0025】
第１ＴＯＦモジュール１００は光源１１０を介して第１変調光を出力し、第１変調光が外部物体１によって反射された第１反射光を画素アレイ１２０の単位画素ＰＸを介して受信することができる。また、第２ＴＯＦモジュール２００は光源２１０を介して第２変調光を出力し、第２変調光が外部物体１によって反射された第２反射光を画素アレイ２２０の単位画素ＰＸを介して受信することができる。制御部１３０は第１ＴＯＦモジュール１００及び第２ＴＯＦモジュール２００をそれぞれ制御することができる。
【0026】
２つのＴＯＦモジュール（例えば、第１ＴＯＦモジュール１００、第２ＴＯＦモジュール２００）を含む装置１０は外部物体１の距離を測定するために少なくとも１つのＴＯＦモジュールを利用することができる。例えば、装置１０は第１ＴＯＦモジュール１００を用いて外部物体１の距離を識別するか、または第２ＴＯＦモジュール２００を用いて外部物体１の距離を識別するか、または第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００の両方を用いて外部物体１の距離を識別することができる。
【0027】
装置１０が第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００の両方を用いて外部物体１の距離を識別する場合、光源１１０から出力される第１変調光と光源２１０から出力される第２変調光によって干渉が発生し得る。例えば、第１ＴＯＦモジュール１００の画素アレイ１２０には第１反射光だけでなく、第２反射光も入射することができる。従って、第１ＴＯＦモジュール１００で識別された外部物体１の距離には第２反射光による電荷量に対応する誤差が含まれることができる。ただし、本開示によると、上記干渉による誤差が減少することができる。２つのＴＯＦモジュール間に生じる干渉及び誤差については図４を参照して後述する。
【0028】
図２では、装置１０が２つのＴＯＦモジュール、すなわち第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００とを含むように示され説明されているが、これは一例として本開示の権利範囲を限定しない。 例えば、装置１０は、３つのＴＯＦモジュール、すなわち第１ＴＯＦモジュール１００、第２ＴＯＦモジュール２００、および第３ＴＯＦモジュール（図示せず）を含むことができる、あるいは、４つ以上のＴＯＦモジュールを含み得る。
【0029】
また、図２では、１つの制御部１３０が第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００を一緒に制御するように示されているが、これは一例として本開示の権利範囲を限定しない。図２に示すように、制御部１３０は、装置１０に含まれるＴＯＦモジュールごとに別々の制御部に分けられてもよい。 例えば、制御部１３０は、第１ＴＯＦモジュール１００と電気的に接続される第１制御部と、第２ＴＯＦモジュール２００と電気的に接続される第２制御部とを含むことができる。
【0030】
図３は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。
【0031】
図３に示す単位画素ＰＸは、第１ＴＯＦモジュール１００の画素アレイ１２０に含まれた単位画素ＰＸであるか、第２ＴＯＦモジュール２００の画素アレイ２２０に含まれた単位画素ＰＸであると理解することができる。
【0032】
図３を参照すると、単位画素ＰＸは第１タップ３１０及び第２タップ３２０を含んでもよい。本開示におけるタップ（ｔａｐ）は、変調電圧が印加されることにより基板内に画素電流を発生させるノードであって復調ノード（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｎｏｄｅ）と称することもできる。
【0033】
各単位画素ＰＸはＣＡＰＤ（Ｃｕｒｒｅｎｔ－Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）画素であり、入射光によって基板内で生成された光電荷を電界のポテンシャル差を利用してキャプチャーすることができる。例えば、単位画素ＰＸに入射光（例えば、変調光が外部物体１によって反射された反射光）が入射すると、光電変換領域（例えば、基板、フォトダイオード）を介して入射光に対応する光電荷が生成されることができる。単位画素ＰＸに含まれた第１タップ３１０及び第２タップ３２０にはそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧が印加されてもよく、上記印加される変調電圧により単位画素ＰＸ内には画素電流が生成されることができる。装置１０は第１タップ３１０と第２タップ３２０を介して上記画素電流によって移動する光電荷をキャプチャーすることができる。
【0034】
第１タップ３１０に印加される第１変調電圧と第２タップ３２０に印加される第２変調電圧は互いに反転した位相を有することができる。例えば、第２変調電圧は第１変調電圧と１８０度の位相差を有することができる。第１変調電圧及び第２変調電圧については図５、図８及び図１０を参照して後述する。
【0035】
装置１０は単位画素ＰＸを介して取得した画素データに基づいて外部物体１との距離を識別することができる。例えば、装置１０は第１タップ３１０と第２タップ３２０を介して取得した電荷量に基づいて外部物体１との距離を測定することができる。装置１０は以下の数式１を利用して装置１０と外部物体１との距離Ｄを計算することができる。数式１において、第１変調電圧が変調光と０度の位相差を有し、第２変調電圧が変調光と１８０度の位相差を有する場合、第１タップ３１０を介して取得した電荷量はＳ０、第２タップ３２０を介して取得した電荷量はＳ１８０と称することができる。また、第１変調電圧が変調光と９０度の位相差を有し、第２変調電圧が変調光と２７０度の位相差を有する場合、第１タップ３１０を介して取得した電荷量はＳ９０、第２タップ３２０を介して取得した電荷量はＳ２７０と称することができる。
【0036】
【数1】
【0037】
即ち、装置１０は、単位画素ＰＸの第１タップ３１０及び第２タップ３２０を介して取得した電荷量に基づいて外部物体１との距離Ｄを識別することができる。ただし、装置１０が第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００を一緒に駆動する場合、第１ＴＯＦモジュール１００の画素アレイ１２０に含まれた単位画素ＰＸには光源１１０による第１変調光及び光源２１０による第２変調光が全て入射することができる。従って、Ｓ０、Ｓ１８０、Ｓ９０、及びＳ２７０には第１変調光による電荷量であるＳ０Ａ、Ｓ１８０Ａ、Ｓ９０Ａ、及びＳ２７０Ａだけでなく、第２変調光による電荷量であるＳ０Ｂ、Ｓ１８０Ｂ、Ｓ９０Ｂ、及びＳ２７０Ｂが含まれることができる。そのため、第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸを介して測定された距離Ｄには第２変調光による電荷量であるＳ０Ｂ、Ｓ１８０Ｂ、Ｓ９０Ｂ、及びＳ２７０Ｂに該当する誤差が含まれることができる。同様に、第２ＴＯＦモジュール２００の単位画素ＰＸを介して測定された距離Ｄには第１変調光による電荷量であるＳ０Ａ、Ｓ１８０Ａ、Ｓ９０Ａ、及びＳ２７０Ａに該当する誤差が含まれることができる。ただし、図４以下では、説明の便宜上、第１ＴＯＦモジュール１００が第２ＴＯＦモジュール２００によって干渉を受ける場合を基準に説明する。
【0038】
図４は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。
【0039】
図４を参照すると、Ａは第１ＴＯＦモジュール１００の光源１１０から出力される第１変調光、Ｂは第２ＴＯＦモジュール２００の光源２１０から出力される第２変調光を示すことができる。図４では、第２変調光によって第１ＴＯＦモジュール１００が干渉を受ける場合を基準に説明するため、Ａは干渉を受ける光（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ ｌｉｇｈｔ）、Ｂは干渉光（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｉｇｈｔ）と称することができる。図４に関する説明において、単位画素ＰＸ、第１タップ３１０、及び第２タップ３２０は第１ＴＯＦモジュール１００に含まれた構成であってもよい。図４では、第１ＴＯＦモジュール１００が第２ＴＯＦモジュール２００の光源２１０によって干渉を受ける場合を基準に説明するが、逆の場合も以下の内容を適用することができる。
【0040】
図４において、Ｐは第１ＴＯＦモジュール１００を介して取得した光の強度、ＰＡは第１ＴＯＦモジュール１００を介して取得した光のうち、第１ＴＯＦモジュール１００の光源１１０を介して出力された第１変調光の強度、ＰＢは第１ＴＯＦモジュール１００を介して取得した光のうち、第２ＴＯＦモジュール２００の光源２１０を介して出力された第２変調光の強度を示すことができる。
【0041】
図４のグラフを参照すると、第１ＴＯＦモジュール１００を介して取得した光の強度Ｐは、ＰＡ、ＰＢと数式２の関係を有することができる。
【0042】
【数2】
【0043】
数式２を参照すると、第１ＴＯＦモジュール１００を介して取得した光の強度ＰにはＰＢに対応する誤差が含まれ得る。即ち、第１ＴＯＦモジュール１００は第２ＴＯＦモジュール２００が放出した第２変調光の強度ＰＢに干渉を受けることができる。
【0044】
ただし、本開示による装置１０は第２ＴＯＦモジュール２００による干渉を減らすためにＰＢ値を減少させることができる。例えば、光の強度Ｐは数式３によって計算されるが、装置１０は第１タップ３１０によりキャプチャーされる第２変調光による電荷量と第２タップ３２０によりキャプチャーされる第２変調光による電荷量との差を減少させることで、ＰＢを減少させることができる。
【0045】
【数3】
【0046】
即ち、装置１０はＰＢを減少させるために、第１変調光の強度ＰＡは高く保持しながらも第２変調光による電荷量は第１タップ３１０と第２タップ３２０に均等に分配されるようにすることができる。例えば、装置１０はＰＢを減少させるためにＳ０ＢとＳ１８０Ｂとの差を減少させるか、またはＳ９０ＢとＳ２７０Ｂとの差を減少させることができる。第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸに含まれた第１タップ３１０と第２タップ３２０に第２変調光による電荷量を均等に分配するために、制御部１３０は図５～図１２で説明する方法を用いてもよい。
【0047】
図５は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。
【0048】
装置１０（例えば、制御部１３０）は擬似ランダムコード（ｐｓｅｕｄｏ ｎｏｉｓｅ ｃｏｄｅ、以下、ＰＮコード）を用いて変調光制御信号を生成することができる。また、装置１０（例えば、制御部１３０）はＰＮコードを用いて第１変調電圧及び第２変調電圧を決めることができる。例えば、制御部１３０はＰＮコード同士が互いに完全に同期した場合は相関特性が高いが、非同期の場合には相関特性の低いＭ系列（Ｍ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）のＰＮコードを用いることができる。図５はＰＮコードによる変調タイミングチャートであることができる。
【0049】
図５を参照すると、制御部１３０はコード数（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｏｄｅｓ）が１５個のＰＮコードを用いてもよい。制御部１３０はコード数が２ｎ－１で、ｎは２以上の自然数になるようにコード数Ｎを決めることができる。例えば、コード数Ｎは３、７、または１５であってもよい。
【0050】
制御部１３０はＰＮコードによって変調光制御信号の反転有無を決めることができる。制御部１３０はＰＮコードが０であるか、または１であるかによって変調光制御信号の反転有無を決めることができる。例えば、制御部１３０は、ＰＮコードが１のときは変調光制御信号を反転させず、ＰＮコードが０のときは変調光制御信号を反転させることができる。他の例として、制御部１３０は、ＰＮコードが０のときは変調光制御信号を反転させず、ＰＮコードが１のときは変調光制御信号を反転させることができる。図５を参照すると、ＰＮコードが１の場合とＰＮコードが０の場合、変調光制御信号が互いに反転した位相を有することができる。
【0051】
制御部１３０はＰＮコードの１コードごとに指定された変調周波数Ｆによるパルスを含む変調光制御信号を生成することができる。例えば、制御部１３０はコードごとにＭ個のパルスを含む変調光制御信号を生成してもよい。
【0052】
装置１０は変調光制御信号に基づいて第１変調電圧及び第２変調電圧を決めることができる。装置１０は第１変調電圧と第２変調電圧とが互いに反転した位相を有するように決めることができる。例えば、装置１０は第１変調電圧が変調光制御信号と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、第２変調電圧が上記決められた第１変調電圧と反転した位相を有するように決めてもよい。本開示において、反転した位相を有する第１変調電圧と第２変調電圧とは、第１変調電圧が活性化電圧を有する時点で第２変調電圧は非活性化電圧を有し、第１変調電圧が非活性化電圧を有する時点で第２変調電圧は活性化電圧を有することを示すことができる。
【0053】
図５を参照すると、コードの長さはＰＮコードのコード数Ｎ、コードごとに含まれたパルスの数Ｍ、及び変調周波数Ｆによって決められてもよい。コードの長さはＮｘＭ／Ｆによって決められてもよい。例えば、コードの長さは１５、コード当たりのパルス数は３０、変調周波数は４０ＭＨｚの場合、コードの長さは１１．２５ｕｓであってもよい。装置１０は上記コードの長さに基づいて単位画素ＰＸの露光時間（ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｉｍｅ）を決めることができる。例えば、装置１０は単位画素ＰＸの露光時間が上記コードの長さ以上になるように決めることができる。即ち、単位画素ＰＸが少なくとも上記コードの長さだけの時間の間露出されなければ、他のＴＯＦモジュールによる干渉が減少しない
【0054】
図６は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。
【0055】
図６はコード数が１５個のＰＮコードに基づいて決められた変調光制御信号によって互いに異なるＴＯＦモジュール間の干渉が減少する効果を示すグラフである。図６のグラフにおいて、ｘ軸は第１変調光と第２変調光の同期がずれた程度を示し、ｙ軸は第１ＴＯＦモジュール１００を介して取得した光のうち、第１変調光の強度ＰＡに基づいて第２変調光の強度ＰＢの比率を示すことができる。図６に関する説明において、第１変調光は第１ＴＯＦモジュール１００の光源１１０に提供される第１変調光制御信号と同期しており、第２変調光は第２ＴＯＦモジュール２００の光源２１０に提供される第２変調光制御信号と同期していると理解することができる。従って、図６に関する説明において、第１変調光と第２変調光に対する説明は第１変調光制御信号と第２変調光制御信号に対するものと理解することができる。
【0056】
図６を参照すると、第１変調光と第２変調光が同期している場合（例えば、第１変調光と第２変調光の同期がずれた程度が０の場合、１５の場合）、ＰＡに対するＰＢの強度比は１であり、第２変調光の強度ＰＢは最大であることができる。第１変調光と第２変調光の同期がずれるほど強度比は減少することができる。また、第１変調光と第２変調光が１コードだけずれると、強度比は１／１５に減少することができる。従って、第１変調光と第２変調光が同期していない場合は、第１ＴＯＦモジュール１００が第２ＴＯＦモジュール２００の第２変調光によって干渉を受ける程度が１／１５に減少することができる。
【0057】
装置１０は第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００を別途で制御するため、第１ＴＯＦモジュール１００の光源１１０と第２ＴＯＦモジュール２００の光源２１０は互いに非同期的に駆動されることができる。即ち、一般的な状況では、第１変調光と第２変調光は非同期的であるため、装置１０はＰＮコードを用いることによって他のＴＯＦモジュールによる干渉を１／Ｎ（ただし、Ｎはコード数）に減少させることができる。
【0058】
装置１０はＰＮコードのコード数Ｎを１５より大きい数に決めることによって第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００が互いに干渉する確率、及び他のＴＯＦモジュールによる干渉光の強度をさらに減少させることができる。
【0059】
図７は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。
【0060】
図７に関して、干渉を受けるモジュール（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ ｍｏｄｕｌｅ）は第１ＴＯＦモジュール１００であり、干渉光（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｉｇｈｔ）は第２ＴＯＦモジュール２００の第２変調光であることを前提として説明する。
【0061】
一実施例による装置１０はコードの長さ（ｃｏｄｅ ｌｅｎｇｔｈ）の２倍に該当する統合時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）の間、画素アレイ１２０の単位画素ＰＸを介して入射光に対応する電荷量を取得することができる。図７を参照すると、装置１０は第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００を非同期的に制御するため、第２変調光が出力される時間の一部は第１ＴＯＦモジュール１００が駆動される統合時間と重複しなくてもよい。例えば、第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸは第２ＴＯＦモジュール２００の光源２１０が出力する第２変調光の一部を受信しなくてもよい。
【0062】
コードの長さ（ｃｏｄｅ ｌｅｎｇｔｈ）７０２に該当する第２変調光は第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸで１／Ｎに干渉強度が減少することができるが、残りのコードの長さ（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｏｄｅ ｌｅｎｇｔｈ）７０１に該当する第２変調光は第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸで完全に相殺されず、１／Ｎより高い干渉強度を有することができる。
【0063】
グラフ７００は残りのコードの長さ７０１による干渉強度の比率を示すことができる。グラフ７００を参照すると、残りのコードの長さ７０１がコードの長さ７０２（例えば、１５）と同じである場合、干渉強度比は１であり、それ以外の場合は、第２変調光が第１ＴＯＦモジュール１００に及ぼす干渉強度を平均１０％に減少することができる。
【0064】
図５～図７に関連して説明した内容を参照すると、装置１０はＰＮコードによってパルスの反転有無が決まる変調光制御信号を生成することによって、第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００との間に発生する干渉を減少させることができる。ただし、図６のグラフと図７のグラフ７００を参照すると、第１変調光と第２変調光が同期する場合には、干渉強度が十分に減少しないことがある。従って、装置１０は、図８及び図９で説明する周波数ホッピングを一緒に用いて互いの変調光による干渉をさらに減少させることができる。
【0065】
図８は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。
【0066】
装置１０（例えば、制御部１３０）は周波数ホッピング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ）を用いて変調光制御信号を生成することができる。装置１０は複数の変調周波数から第１変調周波数Ｆ1と第２変調周波数Ｆ２を選択し、第１変調周波数Ｆ1に基づいて第１変調光制御信号を、第２変調周波数Ｆ２に基づいて第２変調光制御信号を生成することができる。例えば、装置１０は第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸまたは第２ＴＯＦモジュール２００の単位画素ＰＸを介して取得するそれぞれのフレームごとに変調周波数をランダムに設定することができる。
【0067】
図８では、第１変調周波数Ｆ１と第２変調周波数Ｆ２が異なる場合の第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００との干渉が減少する原理を説明する。例えば、図８では、Ｆ１：Ｆ２＝４：３の場合を前提として説明する。
【0068】
図４に関して説明した内容を参照すると、第１ＴＯＦモジュール１００に入射する第２変調光または第２ＴＯＦモジュール２００に入射する第１変調光によって第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００間の干渉が発生し得る。従って、装置１０は、第１ＴＯＦモジュール１００に入射する第２変調光が第１ＴＯＦモジュール１００の第１タップ８１１と第２タップ８１２に均等に分配されるようにするか、または第２ＴＯＦモジュール２００に入射する第１変調光が第２ＴＯＦモジュール２００の第１タップ８２１と第２タップ８２２に均等に分配させることで、ＴＯＦモジュール間の干渉を減少させることができる。
【0069】
図８を参照すると、装置１０は第１変調周波数Ｆ１による位相を有する第１変調光を出力することができる。装置１０は第２ＴＯＦモジュール２００の第１タップ８２１と第２タップ８２２に第２変調周波数Ｆ２に対応する変調電圧をそれぞれ印加することができる。第２ＴＯＦモジュール２００の第１タップ８２１は第１変調光に対応する電荷量Ｑ１を取得し、第２ＴＯＦモジュール２００の第２タップ８２２は第１変調光に対応する電荷量Ｑ２を取得することができる。
【0070】
同様に、装置１０は第２変調周波数Ｆ２による位相を有する第２変調光を出力することができる。装置１０は第１ＴＯＦモジュール１００の第１タップ８１１と第２タップ８１２に第１変調周波数Ｆ１に対応する変調電圧をそれぞれ印加することができる。第１ＴＯＦモジュール１００の第１タップ８１１は第２変調光に対応する電荷量Ｑ１’を取得し、第１ＴＯＦモジュール１００の第２タップ８２２は第２変調光に対応する電荷量Ｑ２’を取得することができる。
【0071】
図８を参照すると、特定周期ＴＰの間、第２ＴＯＦモジュール２００の第１タップ８２１と第２タップ８２２が第１変調光に基づいてそれぞれ取得した電荷量Ｑ１とＱ２は互いに同じ値を有することができる。また、特定周期ＴＰの間、第１ＴＯＦモジュール１００の第１タップ８１１と第２タップ８１２が第２変調光に基づいてそれぞれ取得した電荷量Ｑ１’とＱ２’は互いに同じ値を有することができる。
【0072】
従って、装置１０が周波数ホッピングを用いる場合、特定周期ＴＰを利用すると、第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００間の干渉がないか、または無視できる程度に非常に少なくなることができる。例えば、装置１０は単位画素ＰＸの露光時間をＴＰの倍数と決めることができる。さらに、装置１０は単位画素ＰＸの最小露光時間をＴＰと決めることができる。ＴＯＦモジュール間の干渉が取り消される特定周期ＴＰは数式４により計算することができる。装置１０は数式４を満たすＦ１、Ｆ２、及びＴＰを利用してＴＯＦモジュール間の干渉を取り消すことができる。
【0073】
【数4】
【0074】
例えば、装置１０は４０、４０．１、４０．２、及び４０．３Ｍｈｚなど０．１Ｍｈｚ間隔の複数の変調周波数からＦ１とＦ２をランダムに決めることができる。装置１０は０．１Ｍｈｚ間隔の複数の変調周波数に基づいて数式４を満たすＴＰを１０ｕｓと決めることができる。
【0075】
装置１０は予め指定された複数の変調周波数からＦ１とＦ２をランダムに選択することによって、第１ＴＯＦモジュール１００と第２ＴＯＦモジュール２００間の干渉を減少させることができる。さらに、選択可能な複数の変調周波数の数が多いほど、ＴＯＦモジュール間の干渉はさらに減少することができる。
【0076】
図９は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。
【0077】
図９のグラフは干渉光が入射する時間に応じた干渉光の光強度比率を示すことができる。例えば、第２ＴＯＦモジュール２００の第２変調光によって第１ＴＯＦモジュール１００の単位画素ＰＸが干渉を受ける場合を基準として説明すると、図９のグラフのｘ軸は第１ＴＯＦモジュール１００に第２変調光が入射する時間、ｙ軸は第１ＴＯＦモジュール１００に入射する第１変調光に対する第２変調光の強度比率を示すことができる。
【0078】
図９を参照すると、第１変調光に対する第２変調光の強度は最大３１％であってもよい。即ち、装置１０は周波数ホッピングを用いることによりＴＯＦモジュール間の干渉を３１％以下に減少させることができる。
【0079】
図１０は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。
【0080】
装置１０は図５～図７で説明したＰＮコード、及び図９及び図１０で説明した周波数ホッピングを一緒に用いてＴＯＦモジュール間の干渉を減少させることができる。装置１０がＰＮコードを用いることによりＴＯＦモジュール間の干渉が減少することはできるが、第１変調光と第２変調光が同期する場合には上記干渉が十分に解消されないことがある。さらに、装置１０が周波数ホッピングを用いることによりＴＯＦモジュール間の干渉が減少することはできるが、選択可能な変調周波数の数には制限があるため、３つ以上のＴＯＦモジュール間の干渉は十分に解消されない可能性がある。しかし、本開示による装置１０はＰＮコードと周波数ホッピングを一緒に用いることで、ＴＯＦモジュール間で生じ得る干渉の強度を下げるか、または干渉が発生する確率を下げることができる。
【0081】
図１０を参照すると、装置１０は選択可能な複数の変調周波数から第１変調周波数Ｆ１と第２変調周波数Ｆ２を選択することができる。装置１０は選択可能な複数の変調周波数に基づいて数式４を満たすＴＰを決めることができる。ＴＰは図１０のコード当たりの長さ（ｌｅｎｇｔｈ ｐｅｒ ｃｏｄｅ）と称することができる。装置１０は上記複数の変調周波数からＦ１及びＦ２がランダムに選択されてもコード当たりの長さは一定に保持されるように上記コード当たりの長さを決めることができる。さらに、装置１０は第１変調光（または第１変調光制御信号）のコード当たりの長さと第２変調光（または第２変調光制御信号）のコード当たりの長さが同じ値を有するように決めることができる。
【0082】
図１０において、コードの長さ（ｃｏｄｅ ｌｅｎｇｔｈ）は上記コード当たりの長さにコード数（例えば、１５）を掛けた値を示すことができる。例えば、装置１０が４０、４１、４２など１Ｍｈｚ間隔の複数の変調周波数からＦ１及びＦ２を選択する場合、コード当たりの長さは１ｕｓであってもよい。このとき、コード数が１５の場合、コードの長さは１５ｕｓであることができる。
【0083】
選択可能な複数の変調周波数によってコード当たりの長さが決まる具体的な例は以下の通りである。
【0084】
選択可能な複数の変調周波数（またはサブホッピング周波数）は装置１０の設計者によって多様に設定されてもよい。例えば、複数の変調周波数は２ＭＨｚ間隔の３６、３８、４０、及び４２などを含むか、または０．１Ｍｈｚ間隔の３９．７、３９．８、３９．９、４０、及び４０．１などを含んでもよい。他の例として、複数の変調周波数は間隔が一定ではない３９．８、３９．９、４２、４２．２、及び４４などを含んでもよい。
【0085】
装置１０は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ことができる。例えば、選択可能な複数の変調周波数が４０、４０．１、４０．２１、４０．３、及び４０．５４Ｍｈｚの場合を前提とする。装置１０は上記複数の変調周波数間の差分値を計算することができる。複数の変調周波数が４０、４０．１、４０．２１、４０．３、及び４０．５４Ｍｈｚの場合、変調周波数間の差は０．１、０．１１、０．０９、及び０．２４Ｍｈｚであることができる。装置１０は変調周波数間の差分値の最大公約数を計算することができる。変調周波数間の差が０．１、０．１１、０．０９、及び０．２４Ｍｈｚの場合、最大公約数は０．０１Ｍｈｚであることができる。複数の変調周波数を上記最大公約数で割ると、コードごとに含まれたパルスの数であることができる。変調周波数が４０Ｍｈｚの場合、コードごとに含まれたパルス数は４０／０．０１＝４０００個であることができる。従って、コード当たりの長さは４０００／４０Ｍｈｚ＝１００ｕｓであることができる。同様に、変調周波数が４０．１Ｍｈｚの場合、コードごとに含まれたパルス数は４０．１／０．０１＝４０１０個であることができる。従って、コード当たりの長さは４０１０／４０．１Ｍｈｚ＝１００ｕｓであることができる。即ち、選択される変調周波数に関わらずコード当たりの長さは１００ｕｓと一定であることができる。
【0086】
他の例として、選択可能な複数の変調周波数が２０．３、２０．５、２０．９、及び２３．１Ｍｈｚである場合を前提とする。複数の変調周波数間の差は０．２、０．４、及び２．２Ｍｈｚであり、それらの最大公約数は０．２であることができる。ただし、コードごとに含まれたパルス数を計算すると、変調周波数が２０．３Ｍｈｚの場合、コード当たりのパルス数は２０．３Ｍｈｚ／０．２Ｍｈｚ＝１０１．５個であることができる。また、変調周波数が２０．５Ｍｈｚの場合、コード当たりのパルス数が２０．５Ｍｈｚ／０．２Ｍｈｚ＝１０２．５個であることができる。即ち、コード当たりのパルス数が小数点以下の値を含んでもよい。コード当たりのパルス数が小数点以下を含む場合、装置１０は最大公約数ではない他の公約数０．１で同じ計算を行うことができる。変調周波数が２０．３Ｍｈｚの場合、コード当たりのパルス数は２０．３Ｍｈｚ／０．１Ｍｈｚ＝２０３個であることができる。また、変調周波数が２０．５Ｍｈｚの場合、コード当たりのパルス数は２０．５Ｍｈｚ／０．１Ｍｈｚ＝２０５個であることができる。従って、コード当たりの長さは２０３／２０．３Ｍｈｚ＝１０ｕｓであることができる。
【0087】
図１１は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。
【0088】
図１１のグラフは装置１０がＰＮコードを適用し、周波数ホッピングは用いない場合に比べて、ＰＮコードと周波数ホッピングの両方を用いた場合に干渉が減少する程度を示すことができる。図１１のグラフのｘ軸は第１ＴＯＦモジュール１００に干渉光である第２変調光が入射した時間、ｙ軸は第１ＴＯＦモジュール１００に入射する第１変調光の強度に対する第２変調光の強度の比率を示すことができる。
【0089】
図１１のグラフを参照すると、第１ＴＯＦモジュール１００の第１変調光と第２ＴＯＦモジュール２００の第２変調光が同期する場合、ＰＮコードのみを適用すると、高い干渉強度を有することができるが、本開示のようにＰＮコードと周波数ホッピングの両方を適用すると、１／５以下に減少した干渉強度を有することができる。また、ＰＮコードのみを適用しても比較的低い干渉強度を有する場合でも、ＰＮコードと周波数ホッピングの両方を適用すると、干渉強度がさらに低くなることができる。
【0090】
図１２は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。図１２で説明する段階は、装置１０または装置１０に含まれた制御部１３０によって行われると理解することができる。
【0091】
段階Ｓ１２１０では、装置１０（例えば、制御部１３０）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ことができる。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方法については図１０に関して説明した内容を参照する。装置１０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ため、段階Ｓ１２２０で選択される変調周波数に関わらずコード当たりの長さは一定の値を有することができる。
【0092】
段階Ｓ１２２０では、装置１０（例えば、制御部１３０）は複数の変調周波数から第１変調周波数を選択することができる。装置１０は単位画素ＰＸを介して取得するフレームごとにランダムに変調周波数を選択することができる。例えば、制御部１３０は複数の変調周波数から選択された第１変調周波数（例えば、４０Ｍｈｚ）に基づいて単位画素ＰＸを介して第１フレームを取得し、複数の変調周波数から選択された第２変調周波数（例えば、４０．１Ｍｈｚ）に基づいて単位画素ＰＸを介して第１フレームに続く第２フレームを取得することができる。
【0093】
段階Ｓ１２３０では、装置１０（例えば、制御部１３０）は擬似ランダムコード（ＰＮコード）のコード数を決めることができる。装置１０はコード数が２ｎ－１であり、ｎが２以上の自然数になるように決めることができる。コード数は設計者が具現できる範囲、またはＴＯＦモジュールが用いられるアプリケーションの要求に基づいて決められてもよい。例えば、装置１０がＴＯＦモジュール（例えば、１００、２００）を介して測定しようとする距離が６ｍである場合、装置１０は最大測定可能距離が６ｍである変調周波数２５ＭＨｚ以下の変調周波数を利用することができる。コード数は電力及び画素飽和を考慮して決められてもよい。例えば、装置１０は単位画素ＰＸが飽和しないように単位画素ＰＸの最大露光時間を決めることができる。最大露光時間が１００ｕｓで、コード当たりの長さが１０ｕｓの場合、コード数は１０個以下でなければならず、コード数は２ｎ－１に制限されるため、装置１０はコード数を３または７に決めることができる。ＰＮコードの数が多いほど、相関特性が減少することができるため、装置１０はコード数を７と決め、１０ｕｓ×７＝７０ｕｓをコードの長さと決めることができる。
【0094】
段階Ｓ１２４０では、装置１０（例えば、制御部１３０）はコード当たりの長さ、第１変調周波数、及びコード数に基づいてコードごとに第１変調周波数に対応するパルスを含み、擬似ランダムコードによってパルスの反転有無が決まる変調光制御信号を生成することができる。例えば、装置１０はＰＮコードが０であるか、または１であるかによってパルスの反転有無を決めることができる。
【0095】
段階Ｓ１２５０では、装置１０（例えば制御部１３０）は変調光制御信号に基づいて第１変調電圧を生成し、第１変調電圧が反転した第２変調電圧を生成することができる。制御部１３０は第１変調電圧が上記変調光制御信号と０度、９０度、１８０度、または２７０度の何れかの１つの位相差を有するように決めることができる。
【0096】
段階Ｓ１２６０では、装置１０（例えば、制御部１３０）は光源１１０を介して変調光制御信号による変調光を出力することができる。
【0097】
段階Ｓ１２７０では、装置１０（例えば、制御部１３０）は単位画素ＰＸに含まれた第１タップ３１０及び第２タップ３２０に第１変調電圧及び第２変調電圧をそれぞれ印加して、変調光が外部物体１によって反射された反射光に基づいて外部物体１との距離を識別することができる。
【符号の説明】
【0098】
１０ 装置
１ 外部物体
１１０ 光源
１２０ 画素アレイ
１３０ 制御部
１４０ 行走査回路
１５０ 列走査回路
１ 外部物体
１１０ 光源
１２０ 画素アレイ
１３０ 制御部
１４０ 行走査回路
１５０ 列走査回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】