(57)【要約】【課題】  ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）センサー、これを用いて３次元映像を取得する３次元映像装置、及び３次元映像装置の駆動方法を提供する。【解決手段】  本発明のＴｏＦセンサーは、第１画素と、第２画素と、第１信号出力部と、第２信号出力部と、を含む。第１画素は、物体から反射された光を受信して、第１位相信号を生成する第１フォトゲートと、第１位相信号と１８０°の位相差を有する第２位相信号を生成する第２フォトゲートと、を含む。第２画素は、物体から反射された光を受信して、第１位相信号と相違する第３位相信号を生成する第３フォトゲートと、第３位相信号と１８０°の位相差を有する第４位相信号を生成する第４フォトゲートと、を含む。第１フォトゲート乃至第４フォトゲートは、１つのフレーム期間の間第１位相信号乃至第４位相信号を出力する。【選択図】      図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から反射された光を受信して、第１位相信号を生成する第１フォトゲートと、前記第１位相信号と１８０°の位相差を有する第２位相信号を生成する第２フォトゲートと、を含む第１画素と、
前記物体から反射された光を受信して、前記第１位相信号と相違する第３位相信号を生成する第３フォトゲートと、前記第３位相信号と１８０°の位相差を有する第４位相信号を生成する第４フォトゲートと、を含む第２画素と、
前記第１位相信号及び前記第２位相信号を出力する第１信号出力部と、
前記第３位相信号及び前記第４位相信号を出力する第２信号出力部と、を含み、
１つのフレーム期間の間前記第１位相信号乃至第４位相信号を出力する、ＴｏＦセンサー。
【請求項２】
前記第１フォトゲートは、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの１つに対応して前記第１位相信号を出力し、
前記第１位相信号と前記第３位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項１に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項３】
前記第２フォトゲートは、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの１つに対応して前記第２位相信号を出力し、
前記第２位相信号と前記第４位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項１又は２に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項４】
前記第３フォトゲートは、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの１つに対応して前記第３位相信号を出力し、
前記第３位相信号と前記第２位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項１ないし３のうち何れか一項に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項５】
前記第４フォトゲートは、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの１つに対応して前記第４位相信号を出力し、
前記第４位相信号と前記第１位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項１ないし４のうち何れか一項に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項６】
互いに隣接して配置された複数の画素を含む第１画素群と、
互いに隣接して配置された複数の画素を含む第２画素群と、を含み、
前記第１画素群の複数の画素の各々は、物体から反射された光を受信して１８０°の位相差を有する第１位相信号及び第２位相信号を出力し、
第２画素群の複数の画素の各々は、物体から反射された光を受信して１８０°の位相差を有する第３位相信号及び第４位相信号を出力する、ＴｏＦセンサー。
【請求項７】
１つのフレーム期間の間前記第１位相信号、前記第２位相信号、前記第３位相信号、及び前記第４位相信号を出力する、請求項６に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項８】
前記第１画素群を構成する複数の画素の各々は、前記第１位相信号を出力する第１フォトゲートと、前記第２位相信号を出力する第２フォトゲートと、を含み、
前記第２画素群を構成する複数の画素の各々は、前記第３位相信号を出力する第３フォトゲートと、前記第４位相信号を出力する第４フォトゲートと、を含む、請求項７に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項９】
前記第１フォトゲートから出力される前記第１位相信号と、前記第３フォトゲートから出力される前記第３位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項８に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１０】
前記第２フォトゲートから出力される前記第２位相信号と、前記第４フォトゲートから出力される前記第４位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項８に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１１】
前記第１画素群と前記第２画素群とが、横方向及び縦方向に隣接して配置される、請求項６に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１２】
前記第１画素群と前記第２画素群とが、横方向に隣接して配置され、縦方向に離隔して配置される、請求項６に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１３】
前記第１画素群と前記第２画素群とが、縦方向に隣接して配置され、横方向に離隔して配置される、請求項６に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１４】
互いに隣接して配置された複数の第１画素を含み、前記複数の第１画素が第１時間の間駆動されて互いに異なる第１位相信号及び第２位相信号を出力する第１画素群と、
互いに隣接して配置された複数の第２画素を含み、前記複数の第２画素が前記第１時間の間駆動されて互いに異なる第３位相信号及び第４位相信号を出力する第２画素群と、
互いに隣接して配置された複数の第３画素を含み、前記複数の第３画素が前記第１時間よりも短い第２時間の間駆動されて互いに異なる第５位相信号及び第６位相信号を出力する第３画素群と、
互いに隣接して配置された複数の第４画素を含み、前記複数の第４画素が前記第２時間の間駆動されて互いに異なる第７位相信号及び第８位相信号を出力する第４画素群と、を含む、ＴｏＦセンサー。
【請求項１５】
１つのフレーム期間の間前記第１位相信号乃至第８位相信号を出力する、請求項１４に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１６】
前記複数の第１画素の各々は、
前記第１時間の間受信光を累積して前記第１位相信号を出力する第１フォトゲートと、
前記第１時間の間受信光を累積して前記第１位相信号と１８０°の位相差を有する前記第２位相信号を出力する第２フォトゲートと、を含む、請求項１４又は１５に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１７】
前記複数の第２画素の各々は、
前記第１時間の間受信光を累積して前記第３位相信号を出力する第３フォトゲートと、
前記第１時間の間受信光を累積して前記第３位相信号と１８０°の位相差を有する前記第４位相信号を出力する第４フォトゲートと、を含む、請求項１４ないし１６のうち何れか一項に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１８】
前記複数の第３画素の各々は、
前記第２時間の間受信光を累積して前記第５位相信号を出力する第５フォトゲートと、
前記第２時間の間受信光を累積して前記第５位相信号と１８０°の位相差を有する前記第６位相信号を出力する第６フォトゲートと、を含む、請求項１４ないし１７のうち何れか一項に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項１９】
前記複数の第４画素の各々は、
前記第２時間の間受信光を累積して前記第７位相信号を出力する第７フォトゲートと、
前記第２時間の間受信光を累積して前記第７位相信号と１８０°の位相差を有する前記第８位相信号を出力する第８フォトゲートと、を含む、請求項１４ないし１８のうち何れか一項に記載のＴｏＦセンサー。
【請求項２０】
前記第１位相信号と前記第３位相信号とは、９０°の位相差を有し、
前記第２位相信号と前記第４位相信号とは、９０°の位相差を有し、
前記第５位相信号と前記第７位相信号とは、９０°の位相差を有し、
前記第６位相信号と前記第８位相信号とは、９０°の位相差を有する、請求項１４ないし１９のうち何れか一項に記載のＴｏＦセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）センサー、これを用いて３次元映像を取得する３次元映像装置、及び３次元映像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クワッドコプター、車両の自律走行、モーション認識制御、仮想現実、拡張現実、３次元（３  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）ゲーム、ロボットの制御、及び奥行きのある３次元映像を提供するために、物体との距離情報が必要となる。物体との距離を測定して、距離情報を取得できる３次元カメラ、モーションキャプチャーセンサー（ｍｏｔｉｏｎ  ｃａｐｔｕｒｅ  ｓｅｎｓｏｒ）、レーザーレーダー（ｌａｓｅｒ  ｒａｄａｒ）の技術開発が行なわれている。
【０００３】
２台のカメラを用いたステレオビジョン（Ｓｔｅｒｅｏ  Ｖｉｓｉｏｎ）方式、又は構造光（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｌｉｇｈｔ）を用いた三角測量法（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）方式によって、物体の奥行き情報（物体とカメラとの間の距離情報）を得る。このような方式は、物体とカメラとの間の距離が遠いほど奥行き情報の正確度が劣るという欠点がある。一方、ＴｏＦセンサーを適用した３次元映像装置は、赤外線を物体に照射した後、センサーの受光部において物体から反射される赤外線を受光するまでの時間を測定して、物体の奥行き情報を取得できる。
【０００４】
ＴｏＦセンサー方式は、高速動作が可能であり、ステレオビジョン方式に比べて照明変化による雑音が少なく、後処理アルゴリズムの演算量を少なくするという長所がある。このようなＴｏＦセンサー方式は、マップ形態の３Ｄ奥行き情報を取得できる。ＴｏＦセンサー方式は、１つの奥行き情報マップを生成する際、１８０°の位相差を有する２つのフレームのセンサーイメージ又は９０°の位相差を有する４つのフレームのセンサーイメージが必要となる。これにより、奥行き情報マップの生成時に、物体の動きによってモーションアーチファクト（ｍｏｔｉｏｎ  ａｒｔｉｆａｃｔ）又はモーションブラー（ｍｏｔｉｏｎ  ｂｌｕｒ）が発生する問題がある。また、物体の奥行き値を算出するために、更なるフレームメモリーを要するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、１つのフレームの映像データから奥行き情報を取得して、モーションアーチファクトの発生を防止できるＴｏＦセンサー、３次元映像装置、及び３次元映像装置の駆動方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の目的は、１つのフレームの映像データから奥行き情報を取得して、メモリー所要量を減らすことができるＴｏＦセンサー、３次元映像装置、及び３次元映像装置の駆動方法を提供することにある。
【０００７】
本発明は、上述の課題に制限されず、言及していない他の課題は、下記の記載から当業者が明確に理解できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＴｏＦセンサーは、第１画素と、第２画素と、第１信号出力部と、第２信号出力部と、を含む。前記第１画素は、物体から反射された光を受信して、第１位相信号を生成する第１フォトゲートと、前記第１位相信号と１８０°の位相差を有する第２位相信号を生成する第２フォトゲートと、を含む。前記第２画素は、前記物体から反射された光を受信して、前記第１位相信号と相違する第３位相信号を生成する第３フォトゲートと、前記第３位相信号と１８０°の位相差を有する第４位相信号を生成する第４フォトゲートと、を含む。前記第１信号出力部は、前記第１位相信号及び前記第２位相信号を出力する。前記第２信号出力部は、前記第３位相信号及び前記第４位相信号を出力する。前記第１フォトゲート乃至第４フォトゲートは、１つのフレーム期間の間前記第１位相信号乃至第４位相信号を出力する。
【０００９】
本発明のＴｏＦセンサーは、互いに隣接して配置された複数の画素からなる第１画素群と、互いに隣接して配置された複数の画素からなる第２画素群と、を含む。前記第１画素群の複数の画素の各々は、物体から反射された光を受信して、１８０°の位相差を有する第１位相信号及び第２位相信号を出力する。第２画素群の複数の画素の各々は、物体から反射された光を受信して、１８０°の位相差を有する第３位相信号及び第４位相信号を出力する。
【００１０】
本発明のＴｏＦセンサーは、第１画素群と、第２画素群と、第３画素群と、第４画素群と、を含む。前記第１画素群は、互いに隣接して配置された複数の第１画素からなり、前記複数の第１画素が第１時間の間駆動されて、互いに異なる第１位相信号及び第２位相信号を出力する。前記第２画素群は、互いに隣接して配置された複数の第２画素からなり、前記複数の第２画素が前記第１時間の間駆動されて、互いに異なる第３位相信号及び第４位相信号を出力する。前記第３画素群は、互いに隣接して配置された複数の第３画素からなり、前記複数の第３画素が前記第１時間よりも短い第２時間の間駆動されて、互いに異なる第５位相信号及び第６位相信号を出力する。前記第４画素群は、互いに隣接して配置された複数の第４画素からなり、前記複数の第４画素が前記第２時間の間駆動されて、互いに異なる第７位相信号及び第８位相信号を出力する。
【００１１】
本発明の３次元映像装置は、物体に光を照射する光源と、前記光源に駆動電圧を供給する光源駆動部と、ＴｏＦセンサーと、センサー駆動部と、位相パターン処理部と、奥行き情報生成部と、を含む。前記ＴｏＦセンサーは、物体から反射された光を受信して、１８０°の位相差を有する第１位相信号及び第２位相信号を出力する複数の第１画素と、１８０°の位相差を有する第３位相信号及び第４位相信号を出力する複数の第２画素と、を含む。前記センサー駆動部は、駆動信号を前記ＴｏＦセンサーに供給して、前記ＴｏＦセンサーの駆動を制御する。前記位相パターン処理部は、前記第１位相信号、前記第２位相信号、前記第３位相信号、及び前記第４位相信号を受信してデジタル位相値に変換し、前記デジタル位相値を１つのフレームに配列して位相パターンイメージを生成する。前記奥行き情報生成部は、前記位相パターンイメージに基づいて、前記物体の奥行き情報を生成する。
【００１２】
本発明の３次元映像装置の駆動方法は、第１画素の第１フォトゲート及び第２フォトゲートから光を受信して、互いに１８０°の位相差を有する第１位相信号及び第２位相信号を出力する段階と、第２画素の第３フォトゲート及び第４フォトゲートから光を受信して、互いに１８０°の位相差を有する第３位相信号及び第４位相信号を出力する段階と、前記第１位相信号、前記第２位相信号、前記第３位相信号、及び前記第４位相信号を受信してデジタル位相値に変換し、デジタル位相値を１つのフレームに配列して位相パターンイメージを生成する段階と、前記位相パターンイメージに基づいて、前記物体の奥行き情報を生成する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る実施形態によると、１つのフレームの映像データから奥行き情報を取得して、モーションアーチファクトの発生を防止するＴｏＦセンサーと、これを用いた３次元映像装置、及び３次元映像装置の駆動方法を提供する。
【００１４】
本発明に係る実刑形態によると、１つのフレームの映像データから奥行き情報を取得して、物体の奥行き情報取得に必要なメモリーを減らすことが可能な３次元映像装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による３次元映像装置を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による３次元映像装置を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による３次元映像装置を示す図である。
【図２】図１に示しているＴｏＦセンサーを示す図である。
【図３Ａ】図２に示しているＴｏＦセンサーを構成する複数の画素のうちの１つの画素を示す図である。
【図３Ｂ】図２に示しているＴｏＦセンサーを構成する複数の画素のうちの１つの画素を示す図である。
【図３Ｃ】図２に示しているＴｏＦセンサーを構成する複数の画素のうちの１つの画素を示す図である。
【図４Ａ】物体から反射された光をＴｏＦセンサーが受信して、４つの位相をサンプリングすることを示す図である。
【図４Ｂ】ＴｏＦセンサーによって累積されたＴ０〜Ｔ３の期間の受光信号を示す図である。
【図５】２タップ（２−ｔａｐ）構造からなるＴｏＦセンサーの横方向に駆動回路を配置して、ＴｏＦセンサーと駆動回路とを連結することを示す図である。
【図６】２タップ構造からなるＴｏＦセンサーの縦方向に駆動回路を配置して、ＴｏＦセンサーと駆動回路とを連結することを示す図である。
【図７】図１に示している位相パターン処理部を示す図である。
【図８】Ｘ軸方向の解像度を考慮した位相パターンを示す図である。
【図９】位相パターンを生成するためのセンサー駆動部及びＴｏＦセンサーの駆動方法を説明するための図である。
【図１０】センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。
【図１１】Ｙ軸方向の解像度を考慮した位相パターンを示す図である。
【図１２】図１１に示している位相パターンを生成するために、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。
【図１３】Ｘ軸方向及びＹ軸方向の解像度を考慮して、チェッカーボード方式で位相を配置した位相パターンを示す図である。
【図１４】図１３に示している位相パターンを生成するために、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。
【図１５Ａ】チェッカーボード方式で位相信号を配置した位相パターンを示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａのチェッカーボード方式の位相パターンを２×２ビニング（Ｂｉｎｎｉｎｇ）方式で複数の画素をグループ化して、位相パターンを配置したことを示す図である。
【図１６】図１５Ｂに示している位相パターンのうちのＩブロック及びＱブロックの位相パターンを生成するためのセンサー駆動部及びＴｏＦセンサーの駆動方法を説明するための図である。
【図１７】図１５Ｂに示している位相パターンのうちのＩブロック及びＱブロックの位相パターンを生成するためのセンサー駆動部及びＴｏＦセンサーの駆動方法を説明するための図である。
【図１８】図１５Ｂに示している位相パターンを生成するために、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態の位相パターンを示すもので、４×４個の複数の画素を単位画素パターンにグループ化して位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態の位相パターンを示すもので、４×４個の複数の画素を単位画素パターンにグループ化して位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態の位相パターンを示すもので、４×４個の複数の画素を単位画素パターンにグループ化して位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態の位相パターンを示すもので、４×４個の複数の画素を単位画素パターンにグループ化して位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２３Ａ】近距離に位置する物体と遠距離に位置する物体の奥行き情報を取得するための位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２３Ｂ】近距離に位置する物体と遠距離に位置する物体の奥行き情報を取得するための位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２３Ｃ】近距離に位置する物体と遠距離に位置する物体の奥行き情報を取得するための位相パターンを配置したことを示す図である。
【図２４】近距離に位置する物体と遠距離に位置する物体の奥行き情報を取得する方法を説明するための図である。
【図２５Ａ】本発明の一実施形態による信号出力器、及び画素にフォトゲート駆動信号を供給する配線の配置形態を示す図である。
【図２５Ｂ】本発明の一実施形態による信号出力器、及び画素にフォトゲート駆動信号を供給する配線の配置形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参考にして、本発明に係る実施形態のＴｏＦセンサーと、これを用いた３次元映像装置を説明すると、次の通りである。
【００１７】
図１Ａ乃至図１Ｃは、本発明の一実施形態による３次元映像装置を示す図である。図２は、図１に示しているＴｏＦセンサーを示す図である。
【００１８】
図１Ａ及び図２を参照すると、本発明に係る実施形態の３次元映像装置１０００は、光源から照射された光の位相と、物体から反射されて受信した光の位相との差に基づいて、物体の奥行き情報を生成する。このために、３次元映像装置１０００は、光源１００と、光源駆動部２００と、ＴｏＦセンサー３００と、センサー駆動部４００と、制御部５００と、位相パターン処理部６００と、奥行き情報生成部７００と、を含む。
【００１９】
光源１００は、赤外線又は可視光線の帯域のレーザー光を照射し、光源１００から照射される光が物体から反射され、ＴｏＦセンサー３００に入射する。ＴｏＦセンサー３００は、複数の画素３１０を含み、物体から反射された光が複数の画素３１０に入射する。一例として、光源１００は光を伝送（Ｔｘ）し、ＴｏＦセンサー３００は光を受信（Ｒｘ）する。
【００２０】
ＴｏＦセンサー３００は、１次元又は２次元アレイ状に配列された複数の画素３１０からなる。図２では、複数の画素３１０が２次元アレイ状に配列されてＴｏＦセンサー３００を構成したことを一例として示している。横方向にＭ個の画素３１０及び縦方向にＮ個の画素３１０が配列されてＴｏＦセンサー３００を構成したことを一例として示している。一例として、横方向に同じ行に配列されたＭ個の画素が集まって１つの画素アレイを構成し、Ｎ個の画素アレイからなるＴｏＦセンサー３００を構成する。一例として、縦方向に同じ列に配列されたＮ個の画素が集まって１つの画素アレイを構成し、Ｍ個の画素アレイからなるＴｏＦセンサー３００を構成する。ＴｏＦセンサー３００は、センサー駆動部４００から供給されるセンサー駆動信号ＶＤ１によって駆動される。
【００２１】
光源１００は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）又はレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）で構成される。光源１００は、光源駆動部２００と連結され、光源駆動部２００から供給される光源駆動電流ＩＤ１によって駆動される。光源１００は、パルス波形で光を照射する。一例として、光源１００は、サイン波形、三角波形、矩形波形で光を照射する。光源１００から照射される光が、物体から反射されてＴｏＦセンサー３００に入射される。光源１００と物体との距離によって、光源１００から照射される光の位相と、ＴｏＦセンサー３００に入射された光の位相において差が発生する。このような光の位相差を検出して、物体の奥行き、即ち、物体との距離を算出する。物体の１地点までの距離を測定しようとする場合、３次元映像装置１０００は、１つの光源１００と、少なくとも１つの画素３１０を含むＴｏＦセンサー３００とを含む。また、複数の物体との距離を測定しようとする場合、３次元映像装置１０００は、１つ又は複数の光源１００と、複数の画素３１０を含むＴｏＦセンサー３００とを含む。
【００２２】
制御部５００は、光源駆動部２００及びセンサー駆動部４００と連結される。制御部５００は、光源駆動部２００を制御するために光源制御信号ＣＳ１を生成する。この時、制御部５００は、入力モード又は既設定モードに基づいて、光源制御信号ＣＳ１を生成する。制御部５００は、生成された光源制御信号ＣＳ１を光源駆動部２００に供給する。
【００２３】
制御部５００は、センサー駆動部４００を制御するためにセンサー制御信号ＣＳ２を生成し、生成されたセンサー制御信号ＣＳ２をセンサー駆動部４００に供給する。制御部５００は、光源制御信号ＣＳ１によって動作する光源駆動部２００の動作時点に連動して、センサー駆動部４００が動作するようにセンサー制御信号ＣＳ２を生成する。この時、制御部５００は、入力モード又は既設定モードに基づいて、センサー制御信号ＣＳ２を生成する。制御部５００は、生成されたセンサー制御信号ＣＳ２をセンサー駆動部４００に供給する。制御部５００から出力される光源制御信号ＣＳ１とセンサー制御信号ＣＳ２とによって、光源１００から照射される光に同期して各画素３１０が駆動される。
【００２４】
ＴｏＦセンサー及び３次元映像装置が適用されるシステムに応じて、要求される奥行きマップ（Ｄｅｐｔｈ  Ｍａｐ）が異なる。一例として、ＴｏＦセンサー及び３次元映像装置をロボット掃除機に適用する場合、垂直（例えば、Ｙ軸）方向よりは水平（例えば、Ｘ軸）方向における解像度を高めることができる奥行きマップを必要とする。このような場合、水平（例えば、Ｘ軸）方向における解像度を高めることができる位相パターンを生成する必要がある。また、ＴｏＦセンサー及び３次元映像装置を垂直方向に移動する装置に適用する場合、水平（例えば、Ｘ軸）方向よりは垂直（例えば、Ｙ軸）方向における解像度を高めることができる奥行きマップを必要とする。このような場合、垂直（例えば、Ｙ軸）方向における解像度を高めることができる位相パターンを生成する必要がある。また、ＴｏＦセンサー及び３次元映像装置を拡張現実ヘッドセット、又はドローンに適用する場合、水平（例えば、Ｘ軸）及び垂直（例えば、Ｙ軸）方向において一定レベルの解像度が得られる奥行きマップを必要とする。このような場合、水平（例えば、Ｘ軸）及び垂直（例えば、Ｙ軸）方向において一定レベルの解像度が得られる位相パターンを生成する必要がある。
【００２５】
Ｘ軸方向の解像度を高めることができる奥行きマップを必要とする第１モードが、制御部５００及び位相パターン処理部６００に入力されるか、又は設定される。この時、制御部５００は、第１モードによる光源制御信号ＣＳ１を生成して、光源駆動部２００に供給する。制御部５００は、第１モードによるセンサー制御信号ＣＳ２を生成して、センサー駆動部４００に供給する。
【００２６】
Ｙ軸方向の解像度に有利な奥行きマップを必要とする第２モードが、制御部５００及び位相パターン処理部６００に入力されるか、又は設定される。この時、制御部５００は、第２モードによる光源制御信号ＣＳ１を生成して、光源駆動部２００に供給する。制御部５００は、第２モードによるセンサー制御信号ＣＳ２を生成して、センサー駆動部４００に供給する。
【００２７】
Ｘ軸方向及びＹ軸方向において一定レベルの解像度を有する奥行きマップを必要とする第３モードが、制御部５００及び位相パターン処理部６００に入力されるか、又は設定される。この時、制御部５００は、第３モードによる光源制御信号ＣＳ１を生成して、光源駆動部２００に供給する。制御部５００は、第３モードによるセンサー制御信号ＣＳ２を生成して、センサー駆動部４００に供給する。
【００２８】
光源駆動部２００は、制御部５００と連結され、制御部５００から入力される光源制御信号ＣＳ１に基づいて、光源１００を駆動するための光源駆動電流ＩＤ１を生成する。即ち、光源駆動部２００は、光源制御信号ＣＳ１に応答して、光源駆動電流ＩＤ１を生成する。
【００２９】
光源駆動部２００は、生成された光源駆動電流ＩＤ１を光源１００に供給する。光源駆動部２００から光源１００に供給される光源駆動電流ＩＤ１のサイズに応じて、光源１００から照射される光の強度及び波長が調節される。一例として、光源１００に供給される光源駆動電流ＩＤ１のサイズに比例して、光源１００から照射される光の強度及び波長が増加する。
【００３０】
図１Ｂを参照すると、光源駆動部２００及びセンサー駆動部４００が制御部５００内に統合されて配置される。この場合、光源駆動部２００、センサー駆動部４００、及び制御部５００は、システムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ：ＳｏＣ）で統合される。これに限定されず、センサー駆動部４００及び制御部５００が１つに統合されて配置され、光源駆動部２００は、別途の構成で配置される。
【００３１】
図１Ｃを参照すると、位相パターン処理部６００及び奥行き情報生成部７００が制御部５００内に統合されて配置される。この場合、位相パターン処理部６００、奥行き情報生成部７００、及び制御部５００は、ＳｏＣで統合される。これに限定されず、位相パターン処理部６００及び奥行き情報生成部７００が１つのチップに統合されて配置され、制御部５００は別途の構成で配置される。これに限定されず、奥行き情報生成部７００及び制御部５００が１つのチップに統合されて配置され、位相パターン処理部６００は、別途の構成で配置される。
【００３２】
図３Ａ乃至図３Ｃは、図２に示しているＴｏＦセンサーを構成する複数の画素のうちの１つの画素を示す図である。
【００３３】
図２乃至図３Ｃを参照すると、各々の画素３１０は、センサー駆動部４００から供給されるセンサー駆動信号ＶＤ１によって駆動されて、物体から反射された光を受信する。画素３１０は、互いに１８０°の差がある２つの位相信号をサンプリングするために、２タップ復調（２−ｔａｐ  Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）構造で構成される。ＴｏＦセンサー３００の各々の画素３１０は、第１フォトゲート３１２と、第２フォトゲート３１４と、を含む。画素３１０は、第１フォトゲート３１２で受信した光による位相信号を出力するための第１信号出力部３１６を含む。また、画素３１０は、第２フォトゲート３１４で受信した光による位相信号を出力するための第２信号出力部３１８を含む。即ち、各々の画素３１０は、２つのサブ画素からなり、各々のサブ画素毎に１つのフォトゲート（３１２又は３１４）と、１つの信号出力部（３１６又は３１８）と、を含む。各々の画素３１０の第１フォトゲート３１２の出力信号及び第２フォトゲート３１４の出力信号は、位相パターン処理部６００に入力される。
【００３４】
図３Ａに示すように、画素内で、第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４とが垂直方向に順次配置され、下側に第１信号出力部３１６と第２信号出力部３１８とが配置される。図３Ｂに示すように、画素の中央部に第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４とが配置され、第１フォトゲート３１２の横に第１信号出力部３１６が配置され、第２フォトゲート３１４の横に第２信号出力部３１８が配置される。図３Ｃに示すように、画素の中央部に第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４とが配置され、第１フォトゲート３１２の上側に第１信号出力部３１４が配置され、第２フォトゲート３１４の下側に第２信号出力部３１８が配置される。
【００３５】
各々の画素３１０に供給されるセンサー駆動信号ＶＤ１は、第１フォトゲート３１２を駆動させるための第１フォトゲート駆動信号と、第２フォトゲート３１４を駆動させるための第２フォトゲート駆動信号と、を含む。第１フォトゲート駆動信号によって、光源１００から照射される光の第１位相と同期するように、第１フォトゲート３１２が駆動される。第１フォトゲート３１２は、受信した光による位相信号を第１信号出力部３１６を介して位相パターン処理部６００に出力する。第２フォトゲート駆動信号によって、光源１００から照射される光の第２位相と同期するように、第２フォトゲート３１４が駆動される。第２フォトゲート３１４は、受信した光による位相信号を第２信号出力部３１８を介して位相パターン処理部６００に出力する。
【００３６】
図４Ａは、物体から反射された光をＴｏＦセンサーが受信して、４つの位相をサンプリングすることを示す図である。図４Ａのグラフは、例えば、時間を示すｘ軸と信号強度を示すｙ軸とを有する。図４Ｂは、ＴｏＦセンサーによって累積されたＴ０〜Ｔ３の期間の受光信号をグラフで示す図である。
【００３７】
図１乃至図４Ｂを参照すると、３次元映像装置１０００は、物体との距離を測定するために、光源１００から光を照射した後、物体から反射された光を画素３１０で受信する。この時、光源１００は、一定の周波数でオン（Ｏｎ）／オフ（Ｏｆｆ）して光を変調（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）させる。光源１００から照射される光の位相と同期するように、画素３１０の第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４が駆動される。第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４は、第１フォトゲート駆動信号及び第２フォトゲート駆動信号によって駆動され、物体から反射された光を受信する。図４に示すように、物体の奥行き、即ち、物体との距離を測定するために、第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４は、４つの位相ポイント（０°、９０°、１８０°、２７０°）でサンプリングした位相信号を出力する。光源１００から照射された光の飛行（Ｆｌｉｇｈｔ）距離ほどの時間を経て、第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４で光を受信することになる。
【００３８】
０°の場合、Ｔ０時点からＴ２時点までに画素３１０の第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４で受光した信号を累積する。９０°の場合、Ｔ１時点からＴ３時点までに画素３１０の第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４で受光した信号を累積する。１８０°の場合、Ｔ２時点からＴ４時点までに画素３１０の第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４で受光した信号を累積する。２７０°の場合、Ｔ０時点からＴ１時点までに、及びＴ３時点からＴ４時点までに画素３１０の第１フォトゲート３１２及び第２フォトゲート３１４で受光した信号を累積する。
【００３９】
信号の１周期は、Ｔ０時点からＴ４時点までであり、信号の１周期が終われば、次の信号周期が連続して繰り返されることになる。このような信号周期が数回（例えば、数千〜数十万回）繰り返される。一例として、光信号周期が１０ｎｓ（１００ＭＨｚで変調）で、１ｍｓ程の間に信号を累積させると、１００，０００回の周期の間累積動作を行うことができる。
【００４０】
画素３１０の第１フォトゲート３１２は、センサー駆動部４００から入力された第１フォトゲート駆動信号によって駆動される。この時、光源１００から照射される光の位相０°、９０°、１８０°、２７０°に同期するように、第１フォトゲート駆動信号が生成される。第１フォトゲート駆動信号によって画素３１０の第１フォトゲート３１２が動作して、物体から反射された光を受信する。第１フォトゲート３１２は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの少なくとも１つのポイントに同期して動作する。第１フォトゲート３１２は、物体から反射されて受信した光の信号を累積し、累積した受光信号による位相信号を第１信号出力部３１６を介して出力する。
【００４１】
画素３１０の第２フォトゲート３１４は、センサー駆動部４００から入力された第２フォトゲート駆動信号によって駆動される。この時、光源１００から照射される光の位相と同期するように、画素３１０の第２フォトゲート３１４が動作して光を受信する。光源１００から照射される光の位相０°、９０°、１８０°、２７０°に同期するように、第２フォトゲート駆動信号が生成される。第１フォトゲート駆動信号と１８０°の位相差を有するように、第２フォトゲート駆動信号が生成される。第２フォトゲート駆動信号によって画素３１０の第２フォトゲート３１４が動作して、物体から反射された光を受信する。
【００４２】
第２フォトゲート３１４は、物体から反射されて受信した光による位相信号を累積し、累積した受光信号による位相信号を第２信号出力部３１８を介して出力する。この時、第２フォトゲート３１４は、第１フォトゲート３１２と１８０°の位相差を有するように動作して、第１フォトゲート３１２と１８０°の差を有する位相信号を出力する。即ち、第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４は、光源１００から照射される光の初期位相に対して互いに１８０°の位相差を有するように駆動される。従って、第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４から出力される位相信号は、互いに１８０°の差を有する。
【００４３】
図５は、２タップ構造からなるＴｏＦセンサーの横方向に駆動回路を配置して、ＴｏＦセンサーと駆動回路とを連結することを示す図である。図６は、２タップ構造からなるＴｏＦセンサーの縦方向に駆動回路を配置して、ＴｏＦセンサーと駆動回路とを連結することを示す図である。
【００４４】
図１Ａ、図５、及び図６を参照すると、センサー駆動部４００は、制御部５００と連結される。センサー駆動部４００は、制御部５００から入力されるセンサー制御信号ＣＳ２に基づいて、各々の画素３１０を駆動させるためのセンサー駆動信号ＶＤ１を生成する。即ち、センサー駆動部４００は、センサー制御信号ＣＳ２に応答して、センサー駆動信号ＶＤ１を生成する。
【００４５】
センサー駆動部４００は、生成されたセンサー駆動信号ＶＤ１を各々の画素３１０に供給する。センサー駆動信号ＶＤ１は、第１フォトゲート３１２を駆動させるための第１フォトゲート駆動信号と、第２フォトゲート３１４を駆動させるための第２フォトゲート駆動信号と、を含む。
【００４６】
センサー駆動部４００は、複数の信号出力器４１０を含む。複数の信号出力器４１０の各々は、複数の信号出力チャンネルを含み、１つの信号出力チャンネルが１つのフォトゲートと連結される。１つの信号出力器４１０が複数の画素３１０に第１フォトゲート駆動信号及び第２フォトゲート駆動信号を供給する。図５では、センサー駆動部４００がＴｏＦセンサー３００のＸ軸方向に配置され、複数の信号出力器４１０と複数の画素３１０とが連結されていることを一例として示している。図６では、センサー駆動部４００がＴｏＦセンサー３００のＹ軸方向に配置され、複数の信号出力器４１０と複数の画素３１０とが連結されていることを一例として示している。一方、ＴｏＦセンサー３００のＸ軸及びＹ軸に複数の信号出力器４１０を配置することもできる。図５及び図６では、１つの信号出力器４１０が、２つの画素３１０の各々に第１フォトゲート駆動信号及び第２フォトゲート駆動信号を供給することを示している。しかし、これに限定されず、１つの信号出力器４１０が、１つの画素３１０又は３つ以上の画素３１０の各々に、第１フォトゲート駆動信号及び第２フォトゲート駆動信号を供給する。
【００４７】
センサー駆動部４００から第１フォトゲート３１２に供給される第１フォトゲート駆動信号によって、光源１００から照射される光の第１位相と同期するように、第１フォトゲート３１２が駆動される。センサー駆動部４００から第２フォトゲート３１４に供給される第２フォトゲート駆動信号によって、光源１００から照射される光の第２位相と同期するように、第２フォトゲート３１４が駆動される。
【００４８】
一例として、センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、第１フォトゲート３１２が駆動されるように、第１フォトゲート駆動信号を生成する。第１フォトゲート駆動信号によって、第１フォトゲート３１２が光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して駆動される。第１フォトゲート３１２は、第１フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して０°の位相信号を出力する。センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、第２フォトゲート３１４が駆動されるように、第２フォトゲート駆動信号を生成する。第２フォトゲート駆動信号によって、第２フォトゲート３１４が光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して駆動される。第２フォトゲート３１４は、第２フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して１８０°の位相信号を出力する。
【００４９】
一例として、センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、第１フォトゲート３１２が駆動されるように、第１フォトゲート駆動信号を生成する。第１フォトゲート駆動信号によって、第１フォトゲート３１２が光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して駆動される。第１フォトゲート３１２は、第１フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して９０°の位相信号を出力する。センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、第２フォトゲート３１４が駆動されるように、第２フォトゲート駆動信号を生成する。第２フォトゲート駆動信号によって、第２フォトゲート３１４が光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して駆動される。第２フォトゲート３１４は、第２フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して２７０°の位相信号を出力する。
【００５０】
一例として、センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、第１フォトゲート３１２が駆動されるように、第１フォトゲート駆動信号を生成する。第１フォトゲート駆動信号によって、第１フォトゲート３１２が光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して駆動される。第１フォトゲート３１２は、第１フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して１８０°の位相信号を出力する。センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、第２フォトゲート３１４が駆動されるように、第２フォトゲート駆動信号を生成する。第２フォトゲート駆動信号によって、第２フォトゲート３１４が光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して駆動される。第２フォトゲート３１４は、第２フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して０°の位相信号を出力する。
【００５１】
一例として、センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、第１フォトゲート３１２が駆動されるように、第１フォトゲート駆動信号を生成する。第１フォトゲート駆動信号によって、第１フォトゲート３１２が光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して駆動される。第１フォトゲート３１２は、第１フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して２７０°の位相信号を出力する。センサー駆動部４００は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、第２フォトゲート３１４が駆動されるように、第２フォトゲート駆動信号を生成する。第２フォトゲート駆動信号によって、第２フォトゲート３１４が光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して駆動される。第２フォトゲート３１４は、第２フォトゲート駆動信号によって物体から反射された光を受信し、受信した光を累積して９０°の位相信号を出力する。
【００５２】
このように、第１フォトゲート駆動信号及び第２フォトゲート駆動信号によって、第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４が１８０°の位相差で動作される。第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４とは、互いに１８０°の位相差を有する位相信号を出力する。
【００５３】
図７は、図１に示している位相パターン処理部を示す図である。
【００５４】
図７を参照すると、位相パターン処理部６００は、奥行き情報生成部７００で奥行きマップを生成できるように、１つのフレーム単位で位相パターンイメージを生成する。このために、位相パターン処理部６００は、アナログ−デジタル変換部６１０と、位相パターン整列部６２０と、を含む。従来の技術では、複数のフレームイメージ（例えば、４つのフレームイメージ）を用いて奥行きマップを生成したが、本発明に係る実施形態では、奥行き情報生成部７００で１つの位相パターンイメージ（１つのフレームの位相パターンイメージ）を用いて、奥行きマップを生成する。
【００５５】
アナログ−デジタル変換部６１０は、複数のアナログ−デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）６１２で構成される。ＡＤＣ６１２と１つの画素とが１：１で対応するか、又はＡＤＣ６１２と１つのフォトゲートとが１：１で対応する。複数のＡＤＣ６１２の各々は、各々の画素３１０から入力された位相信号をアナログ−デジタル変換してデジタル位相値を生成する。複数のＡＤＣ６１２で生成されたデジタル位相値は、位相パターン整列部６２０に入力される。
【００５６】
位相パターン整列部６２０は、一定容量のラインメモリーを含み、ＡＤＣ６１２から入力されたデジタル位相値をラインメモリーにラッチした後、１つの位相パターンイメージを生成する。この時、ＡＤＣ６１２から入力されたデジタル位相値を既設定の位相パターンで整列して、１つの位相パターンイメージを生成する。位相パターン整列部６２０は、１つのフレーム単位で位相パターンイメージを生成する。１つの位相パターンイメージには、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、及び２７０°に同期して感知された位相データが含まれる。即ち、位相パターン整列部６２０は、１つの位相パターンイメージに０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相データを含ませる。位相パターン整列部６２０は、入力モード又は設定モードに応じて、既設定の位相パターンで０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相データを整列して、１つの位相パターンイメージを生成する。位相パターン処理部６００は、モードに応じて生成された１つの位相パターンイメージを奥行き情報生成部７００に出力する。
【００５７】
図８は、Ｘ軸方向の解像度を考慮した位相パターンを示す図である。図９は、位相パターンを生成するためのセンサー駆動部及びＴｏＦセンサーの駆動方法を説明するための図である。図１０は、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。図８では、全位相パターンイメージのうちの一部を示し、図９では、ＴｏＦセンサー３００を構成する画素のうちの４つの画素３２１〜３２４を示している。
【００５８】
図８乃至図１０を参照すると、第１画素３２１と第２画素３２２は、横方向に互いに隣り合うように配置される。第３画素３２３と第４画素３２４は、横方向に互いに隣り合うように配置される。第１画素３２１と第２画素３２２は、第１行に配置され、第３画素３２３と第４画素３２４は、第２行に配置される。第１画素３２１と第３画素３２３は、縦方向に互いに隣り合うように配置される。第２画素３２２と第４画素３２４は、縦方向に互いに隣り合うように配置される。第１画素３２１と第３画素３２３は、第１列に配置され、第２画素３２２と第４画素３２４は、第２列に配置される。
【００５９】
本発明の３次元映像装置１０００は、１つの位相パターンイメージにより物体の奥行き演算を行う。このために、ＴｏＦセンサー３００の各画素は、光の初期位相０°、９０°、１８０°、及び２７０°に同期して、サンプリングされた４つの位相信号（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）を位相パターン処理部６００に出力する。位相パターン処理部６００は、ＴｏＦセンサー３００から受信された４つの位相信号（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）を１つの位相パターンイメージ８１０に配置する。位相パターン処理部６００は、図８に示す領域Ａの位相パターンが繰り返される形態で１つの位相パターンイメージ８１０を生成する。
【００６０】
領域Ａの位相パターンを生成するために、センサー駆動部４００の信号出力器４１０は、制御部５００から入力されたセンサー制御信号ＣＳ２に基づいて、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の駆動のためのセンサー駆動信号ＶＤ１を生成する。信号出力器４１０は、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々にセンサー駆動信号ＶＤ１を供給する。センサー駆動信号ＶＤ１は、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々に含まれた第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂとを駆動させるための複数のフォトゲート駆動信号（１）〜（８）を含む。第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々に含まれた第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、信号出力器４１０から入力されるフォトゲート駆動信号（１）〜（８）によって駆動される。第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、１つのフレーム期間の間０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの何れか１つの位相信号を出力する。
【００６１】
具体的に、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの２７０°と同期するように、第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａを駆動させるための第１フォトゲート駆動信号（１）を第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａに供給する。第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａは、入力された第１フォトゲート駆動信号（１）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの９０°と同期するように、第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂを駆動させるための第２フォトゲート駆動信号（２）を第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂに供給する。第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂは、入力された第２フォトゲート駆動信号（２）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。このように、第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａと第２フォトゲート３２１ｂとは、互いに１８０°の差の位相信号を出力する。
【００６２】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの２７０°と同期するように、第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａを駆動させるための第３フォトゲート駆動信号（３）を第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａに供給する。第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａは、入力された第３フォトゲート駆動信号（３）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの９０°と同期するように、第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂを駆動させるための第４フォトゲート駆動信号（４）を第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂに供給する。第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂは、入力された第４フォトゲート駆動信号（４）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。このように、第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａと第２フォトゲート３２２ｂとは、互いに１８０°の差の位相信号を出力する。
【００６３】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの０°と同期するように、第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａを駆動させるための第５フォトゲート駆動信号（５）を第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａに供給する。第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、入力された第５フォトゲート駆動信号（５）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの１８０°と同期するように、第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂを駆動させるための第６フォトゲート駆動信号（６）を第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂに供給する。第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、入力された第６フォトゲート駆動信号（６）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。このように、第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａと第２フォトゲート３２３ｂとは、互いに１８０°の差の位相信号を出力する。
【００６４】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの０°と同期するように、第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａを駆動させるための第７フォトゲート駆動信号（７）を第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａに供給する。第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、入力された第７フォトゲート駆動信号（７）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの１８０°と同期するように、第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂを駆動させる。このために、信号出力器４１０は、第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂを駆動させるための第８フォトゲート駆動信号（８）を第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂに供給する。第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、入力された第８フォトゲート駆動信号（８）によって駆動され、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。このように、第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａと第２フォトゲート３２４ｂとは、互いに１８０°の差の位相信号を出力する。
【００６５】
位相パターン処理部６００は、１つのフレーム期間の間複数のフォトゲート３２１ａ、３２１ｂ、３２２ａ、３２２ｂ、３２３ａ、３２３ｂ、３２４ａ、３２４ｂの各々から入力された位相信号をアナログ−デジタル変換して各々のデジタル位相値を生成する。位相パターン処理部６００は、入力モード又は既設定モードに基づいて、デジタル位相値を配列する。この時、位相パターン処理部６００は、図８に示すように、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°に対応するデジタル位相値を選択的に配列して、１つの位相パターンイメージ８１０を生成する。即ち、位相パターン処理部６００は、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号を１つのフレームに選択的に配列して、位相パターンイメージ８１０を生成する。
【００６６】
図８に示す１つの位相パターンイメージ８１０は、Ｘ軸方向の解像度を考慮して生成される。位相パターン処理部６００は、Ｘ軸方向に対して高い解像度を求めるシステムに、ＴｏＦセンサーを含む３次元映像装置１０００を適用する場合、入力モード又は既設定モードに基づいて、図８に示す位相パターンイメージ８１０を適用する。
【００６７】
位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージ８１０の偶数行には０°及び１８０°のデジタル位相値を配列し、奇数行には９０°及び２７０°のデジタル位相値を配列してもよい。一方、位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージ８１０の奇数行には０°及び１８０°のデジタル位相値を配列し、偶数行には９０°及び２７０°のデジタル位相値を配列してもよい。
【００６８】
位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージ８１０の偶数列には０°及び２７０°のデジタル位相値を配列し、奇数列には９０°及び１８０°のデジタル位相値を配列してもよい。一方、位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージ８１０の奇数列に０°及び２７０°のデジタル位相値を配列し、偶数列には９０°及び１８０°のデジタル位相値を配列してもよい。図８では、全フレームを全て示してはいないが、領域Ａの位相パターンが繰り返して配置される形態で位相パターンイメージ８１０が生成される。
【００６９】
図１１は、Ｙ軸方向の解像度を考慮した位相パターンを示す図である。図１２は、図１１に示す位相パターンを生成するために、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。図１１及び図１２に示す本発明の実施形態は、センサー駆動部４００から出力されるフォトゲート駆動信号のタイミング及び位相パターンの配列形態を除く他の部分は、図８乃至図１０を参照して説明した実施形態と同一であり、同一の内容に関する説明は省略する。
【００７０】
図９、図１１、及び図１２を参照すると、位相パターン処理部６００は、４つの位相信号（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）のデジタル位相値を１つの位相パターンイメージ８２０に配置する。位相パターン処理部６００は、図１１に示す領域Ｂの位相パターンが繰り返される形態で１つの位相パターンイメージ８２０を生成する。領域Ｂの位相パターンを生成するために、センサー駆動部４００の信号出力器４１０は、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々にセンサー駆動信号ＶＤ１を供給する。信号出力器４１０から生成されるセンサー駆動信号ＶＤ１は、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々に含まれた第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂとを駆動させるための複数のフォトゲート駆動信号（１）〜（８）を含む。第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々に含まれた第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、信号出力器４１０から入力されるフォトゲート駆動信号（１）〜（８）によって駆動される。第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、１つのフレーム期間の間０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの何れか１つの位相信号を出力する。
【００７１】
具体的に、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａが駆動されるように、第１フォトゲート駆動信号（１）を第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａが駆動されるように、第５フォトゲート駆動信号（５）を第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａに供給する。
【００７２】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂが駆動されるように、第２フォトゲート駆動信号（２）を第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂが駆動されるように、第６フォトゲート駆動信号（６）を第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂに供給する。
【００７３】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａが駆動されるように、第３フォトゲート駆動信号（３）を第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａが駆動されるように、第７フォトゲート駆動信号（７）を第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａに供給する。
【００７４】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂが駆動されるように、第４フォトゲート駆動信号（４）を第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂが駆動されるように、第８フォトゲート駆動信号（８）を第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂに供給する。
【００７５】
第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａは、第１フォトゲート駆動信号（１）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、第５フォトゲート駆動信号（５）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａ及び第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００７６】
第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂは、第４フォトゲート駆動信号（４）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、第８フォトゲート駆動信号（８）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂ及び第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００７７】
第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂは、第２フォトゲート駆動信号（２）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、第６フォトゲート駆動信号（６）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂ及び第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００７８】
第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａは、第３フォトゲート駆動信号（３）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、第７フォトゲート駆動信号（７）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａ及び第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００７９】
位相パターン処理部６００は、入力モード又は既設定モードに基づいて、デジタル位相値を選択的に配列する。この時、位相パターン処理部６００は、図１１に示すように、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°に対応するデジタル位相値を配列して、１つの位相パターンイメージ８２０を生成する。図１１に示す位相パターンイメージ８２０は、Ｙ軸方向の解像度を考慮して生成される。位相パターン処理部６００は、Ｙ軸方向に対して高い解像度を求めるシステムに、ＴｏＦセンサーを含む３次元映像装置１０００を適用する場合、入力モード又は既設定モードに基づいて、図１１に示す位相パターンイメージ８２０を適用する。
【００８０】
位相パターン処理部６００は、位相パターンイメージ８２０の全ての行には、０°、９０°、１８０°、及び２７０°のデジタル位相値を配列する。また、位相パターン処理部６００は、位相パターンイメージ８２０の第１列には０°のデジタル位相値を配列し、位相パターンイメージ８２０の第２列には１８０°のデジタル位相値を配列し、位相パターンイメージ８２０の第３列には２７０°のデジタル位相値を配列し、位相パターンイメージ８２０の第４列には９０°のデジタル位相値を配列する。位相パターン処理部６００は、第１列の位相パターン乃至第４列の位相パターンを繰り返して配列する。即ち、位相パターン処理部６００は、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号を１つのフレームに選択的に配列して、位相パターンイメージ８２０を生成する。図１１では、全フレームを全て示してはいないが、領域Ｂの位相パターンが繰り返して配置される形態で位相パターンイメージ８２０が生成される。
【００８１】
図１３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の解像度を考慮して、チェッカーボード方式で位相を配置した位相パターンを示す図である。図１４は、図１３に示す位相パターンを生成するために、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。
【００８２】
図９、図１３、及び図１４を参照すると、位相パターン処理部６００は、４つの位相信号（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）のデジタル位相値を１つの位相パターンイメージ８３０に配置する。位相パターン処理部６００は、図１３に示す領域Ｃの位相パターンが繰り返される形態で位相パターンイメージ８３０を生成する。
【００８３】
領域Ｃの位相パターンを生成するために、センサー駆動部４００の信号出力器４１０は、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々にセンサー駆動信号ＶＤ１を供給する。信号出力器４１０から生成されるセンサー駆動信号ＶＤ１は、第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々に含まれた第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂを駆動させるための複数のフォトゲート駆動信号（１）〜（８）を含む。第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の各々に含まれた第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、信号出力器４１０から入力されるフォトゲート駆動信号（１）〜（８）によって駆動される。第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、１つのフレーム期間の間０°、９０°、１８０°、２７０°のうちの何れか１つの位相信号を出力する。
【００８４】
具体的に、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａが駆動されるように、第１フォトゲート駆動信号（１）を第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａが駆動されるように、第７フォトゲート駆動信号（７）を第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａに供給する。
【００８５】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂが駆動されるように、第２フォトゲート駆動信号（２）を第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂが駆動されるように、第８フォトゲート駆動信号（８）を第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂに供給する。
【００８６】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａが駆動されるように、第３フォトゲート駆動信号（３）を第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａが駆動されるように、第５フォトゲート駆動信号（５）を第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａに供給する。
【００８７】
信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂが駆動されるように、第４フォトゲート駆動信号（４）を第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂに供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂが駆動されるように、第６フォトゲート駆動信号（６）を第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂに供給する。
【００８８】
第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａは、第３フォトゲート駆動信号（３）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、第５フォトゲート駆動信号（５）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａ及び第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００８９】
第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂは、第２フォトゲート駆動信号（２）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、第８フォトゲート駆動信号（８）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂ及び第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００９０】
第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂは、第４フォトゲート駆動信号（４）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、第６フォトゲート駆動信号（６）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂ及び第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００９１】
第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａは、第１フォトゲート駆動信号（１）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、第７フォトゲート駆動信号（７）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａ及び第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【００９２】
位相パターン処理部６００は、入力モード又は既設定モードに基づいて、デジタル位相値を選択的に配列する。このとき、位相パターン処理部６００は、図１３に示すように、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、２７０°に対応するデジタル位相値を配列して、１つの位相パターンイメージ８３０を生成する。図１３に示す１つの位相パターンイメージ８３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の解像度を考慮して生成される。位相パターン処理部６００は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して一定の解像度を求めるシステムに、ＴｏＦセンサーを含む３次元映像装置１０００を適用する場合、入力モード又は既設定モードに基づいて、図１３に示す位相パターンイメージ８３０を適用する。
【００９３】
位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージ８３０の全ての行に前記０°、９０°、１８０°、及び２７０°のデジタル位相値を配列する。また、位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージ８３０の全ての列に前記０°、９０°、１８０°、及び２７０°のデジタル位相値を配列する。即ち、位相パターン処理部６００は、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号を１つのフレームに選択的に配列して、位相パターンイメージ８３０を生成する。図１３では、全フレームを全て示してはいないが、領域Ｃの位相パターンが繰り返して配置される形態で位相パターンイメージ８３０が生成される。
【００９４】
奥行き情報生成部７００は、位相パターン処理部６００から入力された１つの位相パターンイメージに基づいて、物体の奥行き情報、即ち、奥行きマップを生成する。この時、物体の奥行き情報は、次の数式（１）又は数式（２）を適用して生成される。奥行き情報生成部７００は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、４つの位相ポイント（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）からサンプリングした位相信号Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を用いて物体の奥行き情報を生成する。この時、奥行き情報生成部７００は、位相信号Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に次の数式（１）又は数式（２）を適用して物体の奥行き情報を生成する。４つの位相ポイントからサンプリングした位相信号がＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３である場合、位相差φは、次の数式（１）のように算出する。
【００９５】
【数１】
2019168448.tif 000003
【００９６】
数式（１）のように、４つの位相ポイントからサンプリングしたＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３の位相信号を用いて、光源１００から照射された光と物体から反射されて受信した光との位相差φを算出する。
【００９７】
物体との距離ｄは、次の数式（２）のように算出する。
【００９８】
【数２】
2019168448.tif 000004
【００９９】
数式（２）において、ｃは光の速度を意味し、ｆｍは変調周波数を意味する。このように、奥行き情報生成部７００は、位相差を用いて光源１００と物体との距離を計算することにより、物体の奥行き情報を取得する。
【０１００】
図８の位相パターンを見ると、横方向の位相信号が１行おきに配置されていることが確認される。奥行き情報生成部７００は、図８の位相パターンイメージを受信した場合、周辺の画素信号を用いた位相補間（Ｐｈａｓｅ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）を適用して、縦方向の１行おきの位相信号を推定する。このようにして、奥行き情報生成部７００は、横方向において高解像度を有する奥行き情報を取得する。
【０１０１】
図１１の位相パターンを見ると、横方向の位相信号が１行おきに配置されていることが確認される。奥行き情報生成部７００は、図１１の位相パターンイメージを受信した場合、周辺の画素信号を用いた位相補間を適用して、横方向の１行おきの位相信号を推定する。このようにして、奥行き情報生成部７００は、縦方向において高解像度を有する奥行き情報を取得する。
【０１０２】
図１３の位相パターンを見ると、横方向及び縦方向に０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号が互いにずれた形態で配列されている。奥行き情報生成部７００は、図１３の位相パターンイメージを受信した場合、横方向及び縦方向において一定レベルの解像度を有する奥行き情報を取得する。図１３の位相パターンを適用する場合、横方向及び縦方向の解像度がｓｑｒｔ（２）ほど減少するが、横方向及び縦方向の何れにおいても、一定レベルの解像度を得る。即ち、横方向及び縦方向においてバランスの取れた解像度を得る。
【０１０３】
図８乃至図１４を参照する説明において、位相パターン処理部６００が図８、図１１、又は図１３に示す位相パターンを含む位相パターンイメージを生成するということを説明した。しかし、これに限定されず、位相パターン処理部６００は、リアルタイムで撮影されたイメージを分析して適用可能なモードを判断し、判断したモードに基づいて位相パターンイメージを生成する。位相パターン処理部６００から生成された位相パターンイメージを奥行き情報生成部７００に出力する。一例として、位相パターン処理部６００は、横方向において高解像度が必要な場合、図８に示す位相パターンを含む位相パターンイメージを生成する。一例として、位相パターン処理部６００は、縦方向において高解像度が必要な場合、図１１に示す位相パターンを含む位相パターンイメージを生成する。一例として、位相パターン処理部６００は、横方向及び縦方向において一定レベルの解像度が必要な場合、図１３に示す位相パターンを含む位相パターンイメージを生成する。一例として、位相パターン処理部６００は、第１フレーム期間の間横方向において高解像度が必要な場合、図８に示す位相パターンイメージを生成する。その後、第２フレーム期間の間縦方向において高解像度が必要な場合、図１１に示す位相パターンイメージを生成する。その後、第３フレーム期間の間横方向及び縦方向において一定レベルの解像度が必要な場合、図１３に示す位相パターンイメージを生成する。
【０１０４】
図１５Ａは、チェッカーボード方式で位相信号を配置した位相パターンを示す図である。図１５Ｂは、図１５Ａのチェッカーボード方式の位相パターンを２×２ビニング方式で複数の画素をグループ化して、位相パターンを配置したことを示す図である。
【０１０５】
図１５Ａを参照すると、位相パターン処理部６００は、光源１００から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、及び２７０°に対応する位相信号のデジタル位相値を互いにずれるように配置し、チェッカーボード方式で１つの位相パターンイメージ８３０を生成する。図１５Ａでは、隣り合う２つの画素に含まれた合計４つのフォトゲートが互いに異なる位相信号０°、９０°、１８０°、及び２７０°を出力することを示す。位相パターン処理部６００は、各々のフォトゲートから出力された位相信号の入力を受け、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号のデジタル位相値が互いにずれるように配列された位相パターンを繰り返し配置する。このようにして、位相パターン処理部６００は、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号を全て含む１つの位相パターンイメージ８３０を生成する。
【０１０６】
図１５Ｂを参照すると、一定個数の画素をグループにして画素群を形成し、画素群に含まれた画素が同一の位相信号を出力するようにすることで、奥行きマップの出力サイズを減らす。隣り合う画素群は、互いに異なる位相信号を出力するようにする。具体的に、４つの画素を１つの画素群として、画素群内の画素は、同一の位相信号を出力する。このとき、１つの画素群を構成する４つの画素に含まれた第１フォトゲートは、同一の位相信号を出力する。また、１つの画素群を構成する４つの画素に含まれた第２フォトゲートは、同一の位相信号を出力する。第１フォトゲートと第２フォトゲートとは、互いに１８０°の位相差を有する位相信号を出力する。
【０１０７】
一例として、Ｉ画素群に含まれた４つの画素の第１フォトゲートの各々では、光源１００の初期位相０°に対応する位相信号を出力する。また、Ｉ画素群に含まれた４つの画素の第２フォトゲートの各々では、光源１００の初期位相１８０°に対応する位相信号を出力する。Ｉ画素群における複数の第１フォトゲートと複数の第２フォトゲートとは、互いに１８０°の位相差を有する位相信号を出力する。
【０１０８】
Ｉ画素群と隣り合うＱ画素群に含まれた４つの画素の第１フォトゲートの各々では、光源１００の初期位相２７０°に対応する位相信号を出力する。また、Ｑ画素群に含まれた４つの画素の第２フォトゲートの各々では、光源１００の初期位相９０°に対応する位相信号を出力する。Ｑ画素群における複数の第１フォトゲートと複数の第２フォトゲートとは、互いに１８０°の位相差を有する位相信号を出力する。
【０１０９】
図１６及び図１７は、図１５Ｂに示す位相パターンのうちのＩブロック及びＱブロックの位相パターンを生成するためのセンサー駆動部及びＴｏＦセンサーの駆動方法を説明するための図である。図１８は、図１５Ｂに示す位相パターンを生成するために、センサー駆動部からＴｏＦセンサーの各画素に供給される制御信号のタイミングを示す図である。図１６では、Ｉ画素群に含まれた４つの画素３２１〜３２４を示しており、図１７では、Ｑ画素群に含まれた４つの画素３２５〜３２８を示している。
【０１１０】
図１６乃至図１８を参照すると、信号出力器４１０から生成されるセンサー駆動信号ＶＤ１は、Ｉ画素群に含まれた４つの画素３２１〜３２４の各々の第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａと、第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂとを駆動させるための複数のフォトゲート駆動信号Ｉ（１）〜Ｉ（８）を含む。また、信号出力器４１０から生成されるセンサー駆動信号ＶＤ１は、Ｑ画素群に含まれた４つの画素３２５〜３２８の各々の第１フォトゲート３２５ａ、３２６ａ、３２７ａ、３２８ａと、第２フォトゲート３２５ｂ、３２６ｂ、３２７ｂ、３２８ｂとを駆動させるための複数のフォトゲート駆動信号Ｑ（１）〜Ｑ（８）を含む。
【０１１１】
先ず、図１６に示すＩ画素群に含まれた画素３２１、３２２、３２３、３２４に供給されるフォトゲート駆動信号Ｉ（１）〜Ｉ（８）を説明する。信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相０°に同期して、Ｉ画素群に含まれた第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａが駆動されるように、各々のフォトゲートにフォトゲート駆動信号Ｉ（１）、Ｉ（３）、Ｉ（５）、Ｉ（７）を供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に同期して、Ｉ画素群に含まれた第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂが駆動されるように、各々のフォトゲートにフォトゲート駆動信号Ｉ（２）、Ｉ（４）、Ｉ（６）、Ｉ（８）を供給する。
【０１１２】
Ｉ画素群に含まれた第１画素３２１の第１フォトゲート３２１ａは、フォトゲート駆動信号Ｉ（１）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第２画素３２２の第１フォトゲート３２２ａは、フォトゲート駆動信号Ｉ（３）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第３画素３２３の第１フォトゲート３２３ａは、フォトゲート駆動信号Ｉ（５）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第４画素３２４の第１フォトゲート３２４ａは、フォトゲート駆動信号Ｉ（７）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の第１フォトゲート３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【０１１３】
Ｉ画素群に含まれた第１画素３２１の第２フォトゲート３２１ｂは、フォトゲート駆動信号Ｉ（２）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第２画素３２２の第２フォトゲート３２２ｂは、フォトゲート駆動信号Ｉ（４）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第３画素３２３の第２フォトゲート３２３ｂは、フォトゲート駆動信号Ｉ（６）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第４画素３２４の第２フォトゲート３２４ｂは、フォトゲート駆動信号Ｉ（８）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相１８０°に対応する位相信号を生成する。Ｉ画素群に含まれた第１画素３２１、第２画素３２２、第３画素３２３、及び第４画素３２４の第２フォトゲート３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【０１１４】
次に、図１７に示すＱ画素群に含まれた画素３２５、３２６、３２７、３２８に供給されるフォトゲート駆動信号Ｑ（１）〜Ｑ（８）を説明する。信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に同期して、Ｑ画素群に含まれた第１画素３２５、第２画素３２６、第３画素３２７、及び第４画素３２８の第１フォトゲート３２５ａ、３２６ａ、３２７ａ、３２８ａが駆動されるように、各々のフォトゲートにフォトゲート駆動信号Ｑ（１）、Ｑ（３）、Ｑ（５）、Ｑ（７）を供給する。また、信号出力器４１０は、光源１００から照射される光の初期位相９０°に同期して、Ｑ画素群に含まれた第１画素３２５、第２画素３２６、第３画素３２７、及び第４画素３２８の第２フォトゲート３２５ｂ、３２６ｂ、３２７ｂ、３２８ｂが駆動されるように、各々のフォトゲートにフォトゲート駆動信号Ｑ（２）、Ｑ（４）、Ｑ（６）、Ｑ（８）を供給する。
【０１１５】
Ｑ画素群に含まれた第１画素３２５の第１フォトゲート３２５ａは、フォトゲート駆動信号Ｑ（１）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第２画素３２６の第１フォトゲート３２６ａは、フォトゲート駆動信号Ｑ（３）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第３画素３２７の第１フォトゲート３２７ａは、フォトゲート駆動信号Ｑ（５）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第４画素３２８の第１フォトゲート３２８ａは、フォトゲート駆動信号Ｑ（７）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相２７０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第１画素３２５、第２画素３２６、第３画素３２７、及び第４画素３２８の第１フォトゲート３２５ａ、３２６ａ、３２７ａ、３２８ａは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【０１１６】
Ｑ画素群に含まれた第１画素３２５の第２フォトゲート３２５ｂは、フォトゲート駆動信号Ｑ（２）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第２画素３２６の第２フォトゲート３２６ｂは、フォトゲート駆動信号Ｑ（４）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第３画素３２７の第２フォトゲート３２７ｂは、フォトゲート駆動信号Ｑ（６）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第４画素３２８の第２フォトゲート３２８ｂは、フォトゲート駆動信号Ｑ（８）に応答して、光源１００から照射される光の初期位相９０°に対応する位相信号を生成する。Ｑ画素群に含まれた第１画素３２５、第２画素３２６、第３画素３２７、及び第４画素３２８の第２フォトゲート３２５ｂ、３２６ｂ、３２７ｂ、３２８ｂは、生成された位相信号を位相パターン処理部６００に出力する。
【０１１７】
位相パターン処理部６００は、入力モード又は既設定モードに基づいて、デジタル位相値を配列する。この時、位相パターン処理部６００は、図１５Ｂに示すように、光源から照射された光の初期位相０°、９０°、１８０°、及び２７０°に対応するデジタル位相値を配列して、１つの位相パターンイメージ８４０を生成する。図１５Ｂに示す１つの位相パターンイメージ８４０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の解像度を考慮して生成される。位相パターン処理部６００は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して一定の解像度を求めるシステムに、ＴｏＦセンサーを含む３次元映像装置１０００を適用する場合、入力モード又は既設定モードに基づいて、図１５Ｂに示す位相パターンイメージ８４０を適用する。
【０１１８】
図１９乃至図２２は、本発明の一実施形態の位相パターンを示すもので、４×４個の画素を１つの単位画素パターンにグループ化して位相パターンを配置したことを示す図である。
【０１１９】
図１９乃至図２２に示す位相パターンイメージを生成するためのＴｏＦセンサー３００、センサー駆動部４００、及び位相パターン処理部６００の動作並びに駆動信号は、図８乃至図１８の内容を参照する。図１９乃至図２２に示すように、図１５Ｂに示すＩ画素群及びＱ画素群の位相パターンの配列を異にして、多様な形態の位相パターンイメージを生成する。
【０１２０】
図１９に示す位相パターンイメージ８５０を見ると、複数のＩ画素群と複数のＱ画素群とが２次元アレイ状に配列される。１つの位相パターンイメージ内において、同じ個数のＩ画素群とＱ画素群とを階段状に配列する。複数のＩ画素群と複数のＱ画素群のうちの一部は、横方向及び縦方向に隣接して配置される。また、複数のＩ画素群と複数のＱ画素群のうちの一部は、横方向に隣接して配置され、縦方向に離隔して配置される。さらに、複数のＩ画素群と複数のＱ画素群のうちの一部は、縦方向に隣接して配置され、横方向に離隔して配置される。
【０１２１】
奇数行Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７には、Ｉ画素群の位相パターンよりもＱ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、奇数行Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７には、Ｉ画素群の位相パターンに比べてＱ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、奇数行Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７には、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。
【０１２２】
反面、偶数行Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８には、Ｑ画素群の位相パターンよりもＩ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、偶数行Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８には、Ｑ画素群の位相パターンに比べてＩ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、偶数行Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８には、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。
【０１２３】
また、奇数列Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７には、Ｑ画素群の位相パターンよりもＩ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、奇数列Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７には、Ｑ画素群の位相パターンに比べてＩ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、奇数列Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７には、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。
【０１２４】
反面、偶数列Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８には、Ｉ画素群の位相パターンよりもＱ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、偶数列Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８には、Ｉ画素群の位相パターンに比べてＱ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、偶数列Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８には、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。ここで、Ｉ画素群の位相パターンには、光源１００から照射された光の初期位相０°及び１８０°に対応する位相信号が含まれる。Ｑ画素群の位相パターンには、光源１００から照射された光の初期位相９０°及び２７０°に対応する位相信号が含まれる。
【０１２５】
図２０に示す位相パターンイメージ８６０を見ると、複数のＩ画素群と複数のＱ画素群とが２次元アレイ状に配列される。１つの位相パターンイメージ内において、同じ個数のＩ画素群とＱ画素群とを階段状に配列する。奇数行Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７には、Ｑ画素群の位相パターンよりもＩ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、奇数行Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７には、Ｑ画素群の位相パターンに比べてＩ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、奇数行Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７には、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。
【０１２６】
反面、偶数行Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８には、Ｉ画素群の位相パターンよりもＱ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、偶数行Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８には、Ｉ画素群の位相パターンに比べてＱ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、偶数行Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８には、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。
【０１２７】
また、奇数列Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７には、Ｉ画素群の位相パターンよりもＱ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、Ｉ画素群の位相パターンに比べてＱ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、奇数列Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７には、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。反面、偶数列Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８には、Ｑ画素群の位相パターンよりもＩ画素群の位相パターンをより多く配置する。一例として、Ｑ画素群の位相パターンに比べてＩ画素群の位相パターンを３倍多く配置する。即ち、偶数列Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８には、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：３の割合で配置される。これに限定されず、Ｑ画素群とＩ画素群の位相パターンが１：２、１：４、１：５、又は１：６の割合で配置される。ここで、Ｉ画素群の位相パターンには、光源１００から照射された光の初期位相０°及び１８０°に対応する位相信号が含まれる。Ｑ画素群の位相パターンには、光源１００から照射された光の初期位相９０°及び２７０°に対応する位相信号が含まれる。
【０１２８】
図２１に示す位相パターンイメージ８７０を見ると、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンを配列する規則は、図１９を参照して説明した実施例と同一である。各行と各列におけるＩ画素群の位相パターンとＱ画素群の位相パターンの個数及び割合は、図１９を参照して説明した実施例と同一である。図１９に示す位相パターンイメージと図２１に示す位相パターンイメージにおいて、Ｉ画素群とＱ画素群の位置は互いに置き換え可能である。
【０１２９】
図２２に示す位相パターンイメージ８８０を見ると、Ｉ画素群とＱ画素群の位相パターンを配列する規則は、図２０を参照して説明した実施例と同一である。各行と各列におけるＩ画素群の位相パターンとＱ画素群の位相パターンの個数及び割合は、図２０を参照して説明した実施例と同一である。図２０に示す位相パターンイメージと図２２に示す位相パターンイメージにおいて、Ｉ画素群とＱ画素群の位置は互いに置き換え可能である。
【０１３０】
図１９乃至図２２において、各行と各列に互いに異なる個数のＩ画素群とＱ画素群とを配置するが、位相パターンイメージ内においては、Ｉ画素群とＱ画素群の個数が同一である。このような画素群の配置を通じて、ダイナミックレンジ（Ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｇｅ）を拡張するためのデュアルエクスポージャー（Ｄｕａｌ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）方式と結合する場合も、３Ｄ解像度を一定に保つことができるという長所がある。
【０１３１】
図２３Ａ乃至図２３Ｃは、近距離に位置する物体と遠距離に位置する物体の奥行き情報を取得するための位相パターンを配置したことを示す図である。図２４は、近距離に位置する物体と遠距離に位置する物体の奥行き情報を取得する方法を説明するための図である。
【０１３２】
図２３Ａ乃至図２４を参照すると、図２３Ａのチェッカーボード方式の位相パターンと図２３Ｂのデュアルエクスポージャー方式の位相パターンとを結合して、図２３Ｃにハイブリッド位相パターンを生成する。図２３Ｂは、ダイナミックレンジを拡張するためのデュアルエクスポージャー方式の位相パターンの一例を示している。図２３Ｃにおいて、Ｉ画素群は、露出時間が長く設定された同位相の画素（Ｌｏｎｇ−ｅｘｐｏｓｅｄ  ｉｎ−ｐｈａｓｅ  ｐｉｘｅｌ）を意味する。ｉ画素群は、露出時間が相対的に短く設定された同位相の画素（Ｓｈｏｒｔ−ｅｘｐｏｓｅｄ  ｉｎ−ｐｈａｓｅ  ｐｉｘｅｌ）を意味する。Ｑ画素群は、露出時間が長く設定された直角位相の画素（Ｌｏｎｇ−ｅｘｐｏｓｅｄ  ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ  ｐｉｘｅｌ）を意味する。ｑ画素群は、露出時間が相対的に短く設定された直角位相の画素（Ｓｈｏｒｔ−ｅｘｐｏｓｅｄ  ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ  ｐｉｘｅｌ）を意味する。
【０１３３】
図２４に示すように、ＴｏＦセンサー３００と近い距離に位置する第１物体ＯＢ１からの反射光を受信する画素では、相対的に短時間で受信光の飽和が発生する。一方、ＴｏＦセンサー３００と遠い距離に位置する第２物体ＯＢ２からの反射光を受信する画素では、相対的に長時間で受信光の飽和が発生する。この場合、全ての画素の駆動時間を同一に設定すると、第１物体ＯＢ１及び第２物体ＯＢ２から受信した光の飽和が全て発生し、これにより、第１物体ＯＢ１と第２物体ＯＢ２との距離差が不明確になる。このような問題を解決するために、各画素３１０の受信光を累積する駆動時間を調節する。一例として、ＴｏＦセンサー３００と近い距離に位置する第１物体ＯＢ１と、第１物体ＯＢ１よりも遠い距離に位置する第２物体ＯＢ２との距離差が明確になるように、各画素３１０の駆動時間を調節する。
【０１３４】
具体的に、図２３Ｂに示すように、全画素３１０を複数の第１画素群と第２画素群とに区分する。第１画素群（Ｉ画素群及びＱ画素群）を構成する画素の駆動時間を第１時間と設定する。第２画素群（ｉ画素群及びｑ画素群）を構成する画素の駆動時間を前記第１時間よりも短い第２時間と設定する。即ち、第１画素群（Ｉ画素群及びＱ画素群）の画素は、光を受信して累積する駆動時間を相対的に長く設定する。第２画素群（ｉ画素群及びｑ画素群）の画素は、光を受信して累積する駆動時間を相対的に短く設定する。この時、第１画素群を構成する画素の駆動時間を第２画素群を構成する画素の駆動時間よりも２倍乃至１０倍長く形成する。即ち、第２画素群を構成する画素の駆動時間を第１画素群を構成する画素の駆動時間よりも２倍乃至１０倍短く形成する。
【０１３５】
図２３Ｂのようなモザイクパターンで各画素の累積時間を長時間Ｌと短時間Ｓとで別々に制御してダイナミックレンジを拡張する。ここで、図２３Ｂのチェスモザイクパターンを図１３の位相パターンと結合すると、Ｉ画素群は常に長い累積時間を有し、Ｑ画素群は常に短い累積時間を有することになり、解像度の低下をもたらす。よって、図２３Ｃのように、図２３Ａの位相パターンと図２３Ｂのデュアルエクスポージャー方式の位相パターンとを結合すると、解像度を一定に保ちつつ、１つのフレームの映像データから奥行きマップを生成し、ダイナミックレンジを拡張する。
【０１３６】
Ｑ画素群は、互いに隣接して配置された複数の第１画素からなり、複数の第１画素が第１時間の間駆動されて、互いに異なる第１位相信号及び第２位相信号を出力する。Ｉ画素群は、互いに隣接して配置された複数の第２画素からなり、複数の第２画素が第１時間の間駆動されて、互いに異なる第３位相信号及び第４位相信号を出力する。ｑ画素群は、互いに隣接して配置された複数の第３画素からなり、複数の第３画素が第１時間よりも短い第２時間の間駆動されて、互いに異なる第５位相信号及び第６位相信号を出力する。ｉ画素群は、互いに隣接して配置された複数の第４画素からなり、複数の第４画素が第１時間よりも短い第２時間の間駆動され、互いに異なる第７位相信号及び第８位相信号を出力する。１つのフレーム期間の間前記第１位相信号乃至第８位相信号が出力される。
【０１３７】
ここで、複数の第１画素の各々は、第１時間の間受信光を累積して第１位相信号を出力する第１フォトゲートと、第１時間の間受信光を累積して第１位相信号と１８０°の位相差を有する第２位相信号を出力する第２フォトゲートと、を含む。複数の第２画素の各々は、第１時間の間受信光を累積して第３位相信号を出力する第３フォトゲートと、第１時間の間受信光を累積して第３位相信号と１８０°の位相差を有する第４位相信号を出力する第４フォトゲートと、含む。複数の第３画素の各々は、第１時間よりも短い第２時間の間受信光を累積して第５位相信号を出力する第５フォトゲートと、第２時間の間受信光を累積して第５位相信号と１８０°の位相差を有する第６位相信号を出力する第６フォトゲートと、を含む。複数の第４画素の各々は、第１時間よりも短い第２時間の間受信光を累積して第７位相信号を出力する第７フォトゲートと、第２時間の間受信光を累積して第７位相信号と１８０°の位相差を有する第８位相信号を出力する第８フォトゲートと、を含む。この時、第１位相信号と第３位相信号とは９０°の位相差を有し、第２位相信号と第４位相信号とは９０°の位相差を有し、第５位相信号と第７位相信号とは９０°の位相差を有し、第６位相信号と第８位相信号とは９０°の位相差を有する。
【０１３８】
ｉ画素群及びｑ画素群から生成された位相信号を用いて、ＴｏＦセンサー３００と近い距離に位置する第１物体ＯＢ１の距離を算出する。Ｉ画素群及びＱ画素群から生成された位相信号を用いて、ＴｏＦセンサー３００と遠い距離に位置する第２物体ＯＢ２の距離を算出する。
【０１３９】
これに限定されず、ＴｏＦセンサー３００の周辺照度に応じて、画素の受信光を累積する駆動時間が調節可能である。全ての画素の駆動時間を同一に設定すると、周辺照度が低い暗い環境（例えば、光量の少ない夜間）において物体との距離算出精度が低下する。また、周辺照度が高い明るい環境（例えば、光量の多い昼間）において物体との距離算出精度が低下する。このような問題を解決するために、各画素３１０の受信光を累積する駆動時間が調節可能である。一例として、第１画素群（Ｉ画素群及びＱ画素群）を構成する画素の駆動時間を第１時間と設定する。第２画素群（ｉ画素群及びｑ画素群）を構成する画素の駆動時間を前記第１時間よりも短い第２時間と設定する。
【０１４０】
低照度の暗い環境で物体との距離を算出するために、Ｉ画素群及びＱ画素群を構成する画素を第１時間の間駆動させて、受信光を相対的に長く累積する。Ｉ画素群及びＱ画素群を構成する各々の画素は、受信光を累積して位相信号を出力する。位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージにＩ画素群及びＱ画素群の位相信号を配置する。高照度の明るい環境で物体との距離を算出するために、ｉ画素群及びｑ画素群を構成する画素を第２時間の間駆動させて、受信光を相対的に短く累積する。ｉ画素群及びｑ画素群を構成する各々の画素は、受信光を累積して位相信号を出力する。位相パターン処理部６００は、１つの位相パターンイメージにｉ画素群及びｑ画素群の位相信号を配置する。
【０１４１】
図２３Ｃのように、位相パターンイメージを生成すると、解像度を一定に保ちつつ、１つのフレームの映像データから奥行きマップを生成すると共に、ダイナミックレンジを拡張する。ｉ画素群及びｑ画素群から生成された位相信号を用いて、高照度の明るい環境で物体との距離を算出する。Ｉ画素群及びＱ画素群から生成された位相信号を用いて、低照度の暗い環境で物体との距離を算出する。
【０１４２】
以上、近距離物体及び遠距離物体との距離測定、暗い照度及び明るい照度の環境下で物体との距離を測定するために、画素群単位で画素の駆動時間を第１時間（長く）と、第２時間（短く）とに調節することを説明した。しかし、これに限定されず、１つの画素単位で駆動時間を第１時間（長く）、又は第２時間（短く）に調節する。
【０１４３】
図２５Ａ及び図２５Ｂは、本発明の一実施形態による信号出力器及び画素にフォトゲート駆動信号を供給する配線の配置形態を示す図である。
【０１４４】
図１３及び図２５Ａを参照すると、図１３に示すチェッカーボード状の位相パターンを生成するために、信号出力器４１０の信号出力チャンネルと各画素３１０とは、配線Ｌを介して連結される。各信号出力チャンネルから出力されるフォトゲート駆動信号は、配線Ｌを介して各画素３１０の第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４とに入力される。配線Ｌは、ストライプ状に配列され、同一の位相信号を出力するフォトゲートは、同一の配線Ｌと接続される。フォトゲート行を基準に、１行当たり２つの配線Ｌが配置される。即ち、ＴｏＦセンサーと信号出力器とを連結させるために、縦方向に配置されたフォトゲートの個数の２倍に当たる配線Ｌが配置される。信号出力器４１０は、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号を出力するためのフォトゲート駆動信号を生成し、各チャンネルを介してフォトゲート駆動信号を出力する。
【０１４５】
一例として、１つの位相パターンイメージに０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相パターンをチェッカーボード状に配置させるために、各画素３１０の第１フォトゲート３１２（例えば、２つのタブのうちの上方タブ）には、０°又は２７０°の位相信号を出力させるためのフォトゲート駆動信号が入力される。各画素３１０の第２フォトゲート３１４（例えば、２つのタブのうちの下方タブ）には、９０°又は１８０°の位相信号を出力させるためのフォトゲート駆動信号が入力される。各画素３１０の第１フォトゲート３１２（例えば、２つのタブのうちの上方タブ）は、入力されたフォトゲート駆動信号によって動作し、０°又は２７０°の位相信号を出力する。各画素３１０の第２フォトゲート３１４（例えば、２つのタブのうちの下方タブ）は、入力されたフォトゲート駆動信号によって動作し、９０°又は１８０°の位相信号を出力する。
【０１４６】
図１３及び図２５Ｂを参照すると、図１３に示すチェッカーボード状の位相パターンを生成するために、信号出力器４１０の信号出力チャンネルと各画素３１０とが、配線Ｌを介して連結される。各信号出力チャンネルから出力されるフォトゲート駆動信号は、配線Ｌを介して各画素３１０の第１フォトゲート３１２と第２フォトゲート３１４とに入力される。２つの配線Ｌは、互いにクロスする形状に配置され、同一の位相信号を出力するフォトゲートは、同一の配線Ｌと接続される。フォトゲート行を基準に、１行当たり１つの配線Ｌが配置される。即ち、ＴｏＦセンサーと信号出力器とを連結させるために、縦方向に配置されたフォトゲートの個数と同一の配線Ｌが配置される。信号出力器４１０は、０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相信号を出力させるためのフォトゲート駆動信号を生成し、各チャンネルを介してフォトゲート駆動信号を出力する。各画素３１０のサイズが減少すると、信号出力器４１０の回路レイアウトが複雑になる。信号出力器４１０の回路レイアウトの複雑度を減らすために、図２５Ｂのように配線Ｌを配置する。このようにして、チェッカーボード状の位相パターンを生成するために必要な配線Ｌの個数を減らすことにより、信号出力器４１０の回路レイアウトを簡素化させる。
【０１４７】
一例として、１つの位相パターンイメージに０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相パターンをチェッカーボード状に配置させるために、各画素の第１フォトゲート３１２（例えば、２つのタブのうちの上方タブ）には、０°又は２７０°の位相信号を出力させるためのフォトゲート駆動信号が入力される。各画素の第２フォトゲート３１４（例えば、２つのタブのうちの下方タブ）には、９０°又は１８０°の位相信号を出力させるためのフォトゲート駆動信号が入力される。各画素の第１フォトゲート３１２（例えば、２つのタブのうちの上方タブ）は、入力されたフォトゲート駆動信号によって動作し、０°又は２７０°の位相信号を出力する。各画素の第２フォトゲート３１４（例えば、２つのタブのうちの下方タブ）は、入力されたフォトゲート駆動信号によって動作し、９０°又は１８０°の位相信号を出力する。
【０１４８】
以上、添付の図面を参照して本発明の技術的思想に係る実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施できるということを理解すべきである。上述の実施形態は何れも例示的なものであり、限定的なものではないということを理解すべきである。
【符号の説明】
【０１４９】
１００：光源
２００：光源駆動部
３００：ＴｏＦセンサー
３１０：画素
３１２：第１フォトゲート
３１４：第２フォトゲート
３１６：第１信号出力部
３１８：第２信号出力部
４００：センサー駆動部
４１０：信号出力器
５００：制御部
６００：位相パターン処理部
６１０：アナログ−デジタル変換部
６１２：ＡＤＣ
６２０：位相パターン整列部
７００：奥行き情報生成部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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