深度感測方法、三維圖像傳感器及其裝置的制造方法
【專利說明】深度感測方法、三維圖像傳感器及其裝置
[0001]相關申請
[0002]本申請要求于2014年11月13日向韓國特許廳提交的韓國專利申請N0.10-2014-0158064的優先權，通過引用將其全部內容合并于此。
技術領域
[0003]一個或多個示范性實施例的各方面涉及三維(3D)圖像傳感器模塊和包括該3D圖像傳感器模塊的電子裝置。
【背景技術】
[0004]可以通過測量光的飛行時間(TOF)的方法來計算與用于產生三維(3D)圖像的傳感器模塊和對象之間的距離相關聯的深度信息。使用測量TOF的方法，可以通過調制從對象反射的光來計算深度信息。
【發明內容】
[0005]提供能夠減少功耗或產生準確圖像的三維(3D)圖像傳感器模塊、以及包括所述3D圖像傳感器模塊的電子裝置。
[0006]其他方面將部分地在以下說明書中闡述，而且部分地從說明書顯然可知，或者可以通過一個或多個示范性實施例的實踐習得。
[0007]根據一個或多個示范性實施例的一個方面，提供一種3D圖像傳感器模塊，包括:振蕩器，其被配置為輸出已補償失真的振蕩頻率作為以偏置電壓偏置的正弦波的驅動電壓；光學快門，其被配置為根據該驅動電壓改變從對象反射的反射光的透射率，并將該反射光調制為具有不同相位的至少兩個光學調制信號；以及圖像產生器，其被配置為產生關于該對象的圖像數據，該圖像數據包括基于該至少兩個光學調制信號的相位之間的差計算的深度信息。
[0008]該振蕩器可以包括:共振器，其被配置為通過與該光學快門的能量交換來共振以產生該驅動電壓；能量補充器，其被配置為向該共振器提供與在該共振器與該光學快門之間的能量交換期間的能量損耗的數量對應的補充能量；以及失真補償器，其被配置為補償由該能量補充器向該共振器提供的能量的失真。
[0009]該失真補償器可以連接到該能量補充器以使得該失真補償器可以被配置為防止該能量補充器阻止該驅動電壓擺動到負值。
[0010]該光學快門可以包括第一端和第二端，而且該共振器可以包括:電感器，其包括第一端和第二端，該第一端電連接到該光學快門的第一端；以及電容器，其包括第一端和第二端，該第一端電連接到該電感器的第二端，該第二端連接到該偏置電壓和該光學快門的第
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[0011]該能量補充器可以進一步被配置為當在該電容器與該光學快門之間交換能量時經由該電感器向該電容器提供能量。
[0012]該能量補充器可以包括:第一開關元件，其包括第一端和第二端，該第一端連接到電源端子，該第二端連接到該電感器的第一端，第一開關元件被配置為通過該電感器的第二端上的電壓來開關；第二開關元件，其包括第一端和第二端，該第一端連接到電源端子，該第二端連接到該電感器的第二端，第二開關元件被配置為通過該電感器的第一端上的電壓來切換；第三開關元件，其包括第一端和第二端，該第一端連接到該電感器的第一端，第三開關元件被配置為通過該電感器的第二端上的電壓來切換；以及第四開關元件，其包括第一端和第二端，該第一端連接到該電感器的第二端，該第二端連接到第三開關元件的第二端，第四開關元件被配置為通過該電感器的第一端上的電壓來切換。
[0013]第一和第四開關元件被配置為當能量經由該電感器從該電容器向該光學快門移動時被接通以向該電容器提供能量，而且第二和第三開關元件被配置為當能量經由該電感器從該光學快門向該電容器移動時被接通以向該電容器提供能量。
[0014]第一和第二開關元件可以分別包括P型金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管，而且第三和第四開關元件可以分別包括N型金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管。
[0015]該失真補償器可以包括至少一個電阻器，其連接在第三和第四開關元件的第二端與地端子之間，而且該失真補償器可以進一步被配置為平衡第三和第四開關元件的驅動能力之間的失配。
[0016]該失真補償器可以包括第一補償器和第二補償器。第三開關元件可以經由該失真補償器的第一補償器連接到該電感器的第一端，而且第四開關元件可以經由該失真補償器的第二補償器連接到該電感器的第二端。
[0017]第一補償器可以包括第一二極管，其被配置為從該電感器的第一端向第三開關元件提供電流，而且第二補償器可以包括第二二極管，其被配置為從該電感器的第二端向第四開關元件提供電流。
[0018]該振蕩器可以進一步包括突發模式驅動器，其被配置為輸出指示該3D圖像傳感器模塊正在突發模式下工作的突發信號，而且該能量補充器可以進一步被配置為響應于該突發信號而中斷對該共振器的能量供應。
[0019]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括第一控制器，其被配置為檢測從該振蕩器向該光學快門提供的驅動電壓，并產生控制信號，而且該振蕩器可以進一步被配置為基于該控制信號來控制對該共振器的能量供應。
[0020]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括:溫度傳感器，其被配置為感測該3D圖像傳感器模塊的溫度，并基于所感測的溫度產生溫度信息；以及控制器，其被配置為基于該溫度信息產生控制信號。該振蕩器可以進一步被配置為基于該控制信號來控制對該共振器的能量供應。
[0021]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括:存儲器，其被配置為存儲與該3D圖像傳感器模塊的工作特征對應的特征信息；以及控制器，其被配置為基于該特征信息產生控制信號。該振蕩器可以進一步被配置為基于該控制信號來控制對該共振器的能量供應。
[0022]該光學快門可以包括:第一電極，向其提供該驅動電壓；第二電極，向其提供該驅動電壓；第一半導體層，其置于第一和第二電極之間；第二半導體層，其置于第一和第二電極之間；以及多量子阱，其置于第一和第二半導體層之間。第一電極、第一半導體層、多量子阱、第二半導體層、和第二電極可以依序分層。
[0023]該光學快門可以進一步被配置為將該反射光調制為分別具有O度、90度、180度、和270度的相位的四個光學調制信號。
[0024]該圖像產生器可以包括:圖像傳感器，其被配置為感測該至少兩個光學調制信號中的每一個，產生與所感測的光學調制信號對應的電信號，并以幀為單位輸出該電信號；以及圖像處理器，其被配置為從該至少兩個光學調制信號的分別的幀的相位之間的差中計算該深度信息。
[0025]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括分頻器，其被配置為劃分從該振蕩器接收的振蕩頻率以產生時鐘信號，而且該圖像產生器可以進一步被配置為與該時鐘信號同步地產生圖像數據。
[0026]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括:光源，其被配置為向該對象發射入射光束；光源驅動器，其被配置為驅動該光源以使得所述入射光束具有不同的相位；鏡頭，其被配置為聚焦該反射光；以及濾鏡，其被配置為使用與入射光束的帶寬相同的波長段來過濾由該鏡頭聚焦的反射光，并向該光學快門提供過濾的結果。
[0027]3D圖像傳感器模塊可以進一步包括多個光學快門。
[0028]該光源可以進一步被配置為依次產生入射光束，而且該光源驅動器可以進一步被配置為驅動該光源以使得順序的入射光束具有不同相位。
[0029]該光源可以進一步被配置為基本同時產生入射光束。
[0030]根據一個或多個示范性實施例的一個方面，提供一種3D圖像傳感器模塊，包括:光學快門，其被配置為根據以偏置電壓偏置的正弦波的驅動電壓改變從對象反射的反射光的透射率，并將該反射光調制為具有不同相位的至少兩個光學調制信號；振蕩器，其包括微分LC電壓控制振蕩器(VCO)，該微分LC VCO包括與電源端子相連的第一端，該振蕩器被配置為輸出已補償失真的振蕩頻率作為以偏置電壓偏置的正弦波的驅動電壓；以及圖像傳感器，其被配置為以幀為單位輸出與該至少兩個光學調制信號對應的至少兩個電信號。
[0031]該光學快門可以包括第一端和第二端。該微分LC VCO可以包括:電感器，其包括第一端和第二端，該第一端電連接到該光學快門的第二端，該第二端連接到該偏置電壓；電容器，其包括第一端和第二端，該第一端電連接到該電感器的第二端，該第二端連接到該偏置電壓和該光學快門的第二端；第一 P型金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管，其包括第一端和第二端，該第一端連接到電源端子，該第二端連接到該電感器的第一端，第一 PMOS晶體管被該電感器的第二端上的電壓選通；第二 PMOS晶體管，其包括第一端和第二端，該第一端連接到電源端子，該第二端連接到該電感器的第二端，第二 PMOS晶體管被該電感器的第一端上的電壓選通；第一N型金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管，其包括第一端和第二端，該第一端連接到該電感器的第一端，第一 NMOS晶體管被該電感器的第二端上的電壓選通；以及第二 NMOS晶體管，其包括第一端和第二端，該第一端連接到該電感器的第二端，該第二端連接到第一 NMOS晶體管的第二端，第二 NMOS晶體管被該電感器的第一端上的電壓選通。
[0032]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括:第一二極管；以及第二二極管。第一 NMOS晶體管可以經由第一二極管連接到該電感器的第一端，而且第二 NMOS晶體管可以經由第二二極管連接到該電感器的第二端。
[0033]該微分LC VCO可以進一步包括至少一個電阻器，其連接第一 NMOS晶體管的第二端和第二 NMOS晶體管的第二端，該至少一個電阻器被配置為當該驅動電壓擺動到負值時減少第一 NMOS晶體管的第二端上的電壓，并且阻止從第一 NMOS晶體管的第二端到第一NMOS晶體管的第一端的電流的流動。
[0034]該振蕩器可以進一步包括第三NMOS晶體管，其被配置為響應于指令在突發模式下執行該3D圖像傳感器模塊的操作的突發信號而中斷到該共振器的電源。
[0035]第三NMOS晶體管可以連接在用于提供基準電流的電流源與地端子之間，該基準電流是用于產生向電源端子提供的電源電流的基礎，第三NMOS晶體管被該突發信號選通。
[0036]該振蕩器可以進一步包括:第四NMOS晶體管，連接在該電感器的第一端與地端子之間，第四NMOS晶體管被該突發信號選通；以及第五NMOS晶體管，連接在該電感器的第二端與地端子之間，第五NMOS晶體管被該突發信號選通。
[0037]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括第一控制器，其被配置為檢測從該振蕩器向該光學快門提供的驅動電壓，并產生控制信號，而且該振蕩器可以進一步被配置為基于該控制信號控制對該微分LC VCO的能量供應。
[0038]該3D圖像傳感器模塊可以進一步包括分頻器，其被配置為劃分從該振蕩器接收的振蕩頻率以產生時鐘信號，而且該圖像傳感器可以進一步被配置為與該時鐘信號同步地以幀為單位輸出該至少兩個電信號。
[0039]根據一個或多個示范性實施例的一個方面，提供一種包括3D圖像傳感器模塊的電子裝置。
[0040]根據一個或多個示范性實施例的一個方面，提供一種被配置為測量對象的裝置，該裝置包括3D圖像傳感器模塊。
[0041]根據一個或多個示范性實施例的一個方面，提供一種感測對象的深度信息的方法，該方法包括:基于以偏置電壓偏置的正弦波的驅動電壓改變從對象反射的反射光的透射率；將該反射光調制為具有不同相位的至少兩個光學調制信號；以及基于該至少兩個光學調制信號的相位之間的差計算深度信息。
[0042]該方法可以進一步包括:產生已補償失真的振蕩頻率作為以偏置電壓偏置的正弦波的驅動電壓；通過劃分該振蕩頻率來產生時鐘信號；以及與該時鐘信號同步地計算深度
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[0043]該方法可以進一步包括:向對象發射具有不同相位的入射光束，而且該反射光可以包括