KR100458629B1 - 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파의 진폭 정보와 위상을 감지하기 위한 방법과 장치에 관한 것으로서, 상기 방법을 얻어내기 위한 공간 깊이 분해능을 야기시키기 위하여 다음과 같은 단계로 이루어진다.

전자파가 적어도 하나의 픽셀에서 구성된 포토닉 혼합 요소의 표면으로 조사되고, 이 픽셀은 적어도 두 개의 광민감 변조 광 게이트 G_amG_bm와 관련된 어큐뮬레이션 게이트 G_aG_b를 갖는다;

U_am(t)= U₀+ U_bm(t)과 U_bm(t)= U₀- U_m(t)로 구성된 변조광 게이트 전압 U_am(t)와 U_bm(b)은 변조광 게이트 G_amG_bm로 적용된다.

변조 전압 U_m(t)의 진폭과 전체 전압 U₀와 적어도 동일한 크기를 갖는 직접적인 전압이 어큐뮬레이션 게이트 G_aG_b에 적용된다.

입사 전자파에 의하여 변조광 게이트 G_amG_bm의 차지 영역에서 발생된 차지 캐리어는 변조광 게이트 전압 U_am(t)와 U_bm(b)의 극성의 기능으로 작용한다;

차지 q_aq_b는 각각 어큐뮬레이션 게이트 G_aG_b로 표류되어 변환된다.

포토닉 혼합 요소는 적어도 두 개의 광감도 변조 광 게이트(G_am, G_bm)와 변조 광 게이트와 관련된 어큐뮬레이션 게이트(G_aG_b)로 구성된 적어도 하나의 픽셀을 갖고, 입사 전자파에 관해 분배된다.

다수의 포토닉 혼합 요소는 배열을 형성하기 위하여 조합될 수 있다.

Description

전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법 및 장치{Method and device for determining the phase and/or amplitude data of an electromagnatic wave}

일반적으로 위상이란, 위상 주행(走行)시간 또는 각각의 신호가 복잡하게 형성됨에 따라 사용되는 지정 주행(走行)시간을 말한다.

다음의 서술내용은 전자파를 대신하여 광파가 만들어지는 것에 관한 것으로서, 전자파를 볼 수 있는 스펙트럼 범위에 대한 제한을 의미하는 것이 아니라, 단지 전자파를 단순화시키는데 목적이 있다.

광대역에서의 위상과 진폭에 관한 주파수 요소와, 고주파수 신호들을 측정하기 위하여, 흔히 전자측정분야와 통신분야에서는 싸인(sine) 오실레이션을 갖는 불확실한 신호를 증대시키거나 믹싱하는 위상감지기를 사용하고, 저역필터링(low-pass filtering) 또는 적분을 함으로써, 동일 주파수를 갖는 신호 요소의 출현으로 발생한 정상 요소를 감지하게 된다.

상기 처리 방법은 가설정이거나 가변적인 상대 위상 위치용으로 혼합된 신호를 포함하는 불확실한 신호의 상관함수를 처리하게 된다

상기 혼합된 주파수를 변조시킴으로써, 상기 불확실한 신호는 자체의 스펙트럼 요소로 바꾸어 질 수 있다.

불변요소, 진폭 변화, 동일한 주파수의 불확실한 주파수 요소의 위상은 적어도 3개의 위상 위치에 의하여 감지될 수 있다.

측정과 통신 분야에서 중요하게 요구되고 있는 통신광학신호의 연구는 전자측정값 탐지를 수행하는 전기광학 트랜스듀서와 같은 광대역 광검출기를 위한 내부 별명이 수행되고 있다.

상기 방법에 포함되는 비용이 높기 때문에, 측정장치는 단지 하나 또는 두개의 채널로 되어 있다.

그러나, 상기 광학신호의 경우에는, 고주파수 요소를 갖는 많은 병렬 채널들이(특히, 전체 이미지 시퀀스들) 동시에 측정되어야만 한다.

두 개의 디멘셔널 광파중에 스펙트럼 변조 특성 이외에, 공간과 시간에서 포락선(包絡線)의 빠른 실행이 중요한 사항으로 떠오르고 있다.

또한, 3차원 사물에 대한 빠르고 정확한 측정의 제공이 요구되고 있는데, 예를들면 광학 레이더에 의하여 처리되고 반향(反響) 시그널의 광속 결과치로써 나노세컨 미만에서 매우 빠른 감지기가 필요하다.

동시에 수동적으로 또는 능동적으로 명백한 3차원 사물을 스캐닝하는데 걸리는 시간의 소모를 줄이기 위하여 필요한 감지기 배열이 정확하게 이루어져야 한다.

본 발명은 전자파의 진폭정보와 위상을 검지하는 방법과 장치에 관한 것이다.

도 1에서 a)는 CCD-기술을 사용한 본 발명의 포토닉 혼합 요소의 제 1 구현예의 픽셀의 단면도이고, b)∼f)는 여러개의 위상용 포텐셜 분배 U_s(t) 또는 서로 보완적인 두 개의 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 시간을 나타낸다.

도 2는 내부라인 전달 판독장치를 포함하는 CCD기술을 사용한 픽셀 두 개가 서로 선분적으로 배열된 블럭 다이어그램을 나타낸다.

도 3은 입사광의 휘도 분배와 HF-변조의 경우에서 전압 U_sep(t) ,U_a(t), U_am(t), U_bm(t),U_b(t)의 포텐셜 패턴을 보여주는 다이어그램.

도 4는 상대위상 또는 전이 시간 변동 φ_opt=ω_mτ 에 의존하여 HF-변조의 경우에 어큐뮬레이션 게이트에 대하여 표류하는 광발생 차지 캐리어 i_a와 i_b의 형성에 있어 포토닉 혼합 요소의 상관과 혼합의 특징을 보여주는 다이어그램

도 5는 PN-변조용 다이어 그램으로서, a)는 변조 신호, b)는 이중 픽셀(i_a과 i_b)과, T_B의 제 3, 제 4 변조 게이트 cm과 dm을 위한 변조 신호에서의 지연의 경우에 i_c와 i_d를 갖는 4겹의 픽셀을 위한 혼합과 상관의 특성을 나타내며, c)는 거리 평가와 관련된 차이 값 Δi_ab+Δi_cd= i_a-i_b+(i_c-i_d)과 Δi_ab-Δi_cd= i_a-i_b-(i_c-i_d)를 나타낸다.

도 6에서 a)는 중간 변조 게이트 G_o와 변조 포토게이트와 어큐뮬레이션 게이트하의 포텐셜 분배를갖는 본 발명의 포토닉 혼합 요소의 CCD-기술을 사용한 제 2 구현예의 픽셀에 대한 단면도로서, b)는 양수를, c)는 음의 변조 전압 U_m(t)을 나타낸다.

도 7에서 a)는 본 발명에 따른 포토닉 혼합 요소의 제 3구현예 픽셀의 단면도로서, b)∼f)는 도 1과 유사한 다양한 위상용 포텐셜 분배를 나타낸다.

도 8은 4겹의 픽셀로 언급된 4개의 어큐뮬레이션 게이트와 4개의 변조 게이트를 포함하는 본 발명의 포토닉 혼합 요소의 제 4구현예의 픽셀을 나타낸다.

도 9는 중앙 대칭형 중간 게이트 G_o와 4개의 어큐뮬레이션 게이트와 4개의 변조 게이트를 포함하는 본 발명의 포토닉 혼합 요소의 제 4 구현예의 픽셀을 나타낸다.

도 10은 광파의 진폭정보와 위상을 감지하기 위하여 당기술 분야에 알려진 장치를 나타낸다.

도 11은 HF-변조용 광파의 진폭정보와 위상을 감지하기 위한 본 발명의 장치를 나타낸다

도 12는 예를들어 PN변조 또는 직사각형의 변조로서, HF-변조용 광파의 진폭정보와 위상을 감지하기 위한 본 발명의 장치를 나타낸다

도 13에서 a)는 CMOS-기술을 사용한 선처리 시스템과 전자 픽셀 판독을 포함하는 본 발명의 포토닉 혼합 요소의 제 5 구현예의 픽셀의 단면도, b)와 c)는 변조 포토게이트 전압의 2개의 위상 또는 극성을 위하여 도 6과 유사한 포텐셜 분배를 나타낸다.

도 14는 4개의 변조 게이트, 4개의 어큐뮬레이션 게이트와 디지탈 변조로서 그 단면을 보여주는 중간게이트 G_o를 포함하는 본 발명의 포토닉 혼합 요소의 제 6 구현예의 픽셀을 나타낸다.

3차원 카메라는 본 발명에서 기본적인 시작을 위하여 DE 44 39 298 A1이 제안된다.

도 10은 반향 전달 시간 또는 위상 전달 시간을 기반으로 하는 3차원 카메라를 도시하고 있다.

3차원 사물(100)에 의하여 반사되거나 변조광 트랜스미터(107,103)에 의하여 조사된 HF-변조 광파(101)는 위상 프론트에 관한 지연에서의 모든 정보를 포함한다.

입사(入射)광파가 두 개의 디멘셔널을 갖는 수신 개구(開口)(102)에서 다시 한번 변조된다면, 동일한 주파수의 광학 믹서(104)는 호모다인 혼합 또는 복조 절차에 부합되고, 그 결과는 정상의 고주파수 인터페로그램이다.

상기 HF-인터페로그램은 종래의 CCD-카메라(105)로 기록되고, 상처리 배열(106)을 갖는 처리를 하게 된다.

CCD-광전 차지에서 혼합된 적(積)에 대한 정상상태 요소의 적분은 두개의 혼합된 신호의 상관함수의 정보와 부합된다.

위상과 관련된 거리는 반향 전달시간에 의하여 지연되고, 진폭은 복조 혼합 주파수의 위상차에 의하여 3개 이상으로 인터페로그램로부터 픽셀-와이즈(Pixel-wise)를 측정할 수 있게 되는데, 예를들어 0 °,120°, 240° 또는 0°,90°,180°,270°등 3차원의 상깊이가 다시 설정될 수 있다.

두 개의 디멘셔널 광학 믹서(103),(104)는 공간 광변조기 또는 SLM으로 언급되고, 논문등에 기술되고 있는 여러가지 단점을 갖는 포켈(Pockel)셀(cell)과 같은 것으로 이루어진다.

바람직한 구현을 위한 옵션은 저렴한 LCD-윈도우에 의하여 이루어지지만, 요구되는 대역폭에 관해서는 너무 낮은 약 1000개의 요소에 지나지 않는다.

소위, 마이크로 채널 플레이트의 사용은 상 증폭기에서 사용되는 것으로서, 비용이 많이 든다.

게인(gain)은 마이크로채널에 적용되고 마이크로채널에서의 제 2 전자 방출에 영향을 주는 가속 전압의 변조에 의하여 변조될 수 있다.

좀 더 상세하게는, 상기 기술적 상태는 CCD-광검출기 배열(1995년 9월에 퀀텀 전자 저널 IEEE에서 발간된 31권 9호 스피리그, 세이츠등의 "The Lock-In CCD-Two-Dimentional Synchronous Detection of light"에서 페이지 1705에서 1708까지를 기반으로 하는 2차원 상관기를 위한 제안을 시작으로 한다.

포토픽셀(Photopixel)은 사인 변조된 광의 위상을 확인하기 위하여 4개의 전달게이트를 사용하여 신호를 보내게 된다.

상기 각각의 사인 주기용 등거리 샘플은 4개의 전달게이트를 사용함으로써, 위상이 쉽게 측정할 수 있다.

상기 처리 방법은 우선 조파광(調坡光) 신호가 대역폭의 범위를 정하는 스캐닝 동안에서 적분되는 것과 같은 복잡한 문제를 해결하는데 너무 느리다.

다음으로, 요구된 혼합 처리가 단지 스캐닝 샘플로써 접수되어진 저장차지(charge)와 함게 실행된다

따라서, 본 발명의 목적은 미리 설정된 광(光)을 사용하여 단순한 광대역과 값싼 상관기를 허용하고 빠른 3차원 측정을 할 수 있는 광파의 포락선과 진폭정보와 위상을 감지하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

여기서, 청구범위의 청구항 제 1 항에 기재된 방법과, 청구항 제 14 항에 기재된 포토닉(photonic) 혼합 요소와, 청구항 제 20 항에 기재된 혼합된 요소 배열과, 제 20 항에 기재된 장치로서, 상기의 목적이 달성되어진다.

본 발명에 따른 특징은 변조 포토케이트 전압과, 적어도 두 개가 인접되어 광을 감지하는 변조 포토게이트 밑쪽 재료에서의 광파에 의하여 광전달된 소수의 차지 캐리어의 분리에 의하여 나타나는 드리프트를 기반으로 한다.

이때, 상기 차지 캐리어는 변조 포토게이트에 적용되고, 각각 극성과 위상에 의존하여 두배의 DC 전압 U_a와 U_b을 갖도록 바이어스된 어큐뮬레이터 게이트에 적용되는 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 영향하에서 이송하게 된다.

상기 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)은 보완적으로 적용되고, 바이어스 전압 U와, 각각 푸시-풀 관계로 중첩된 변조전압 +U_m(t), -U_m(t)으로 구성된다.

상기 두 개의 포토게이트는 서로 사각의 표면을 형성한다.

단지 두 개의 변조 포토게이트를 갖는 픽셀은 이중픽셀로 언급될 수 있다.

본 발명에 따른 특징으로서, 전자기파에 의하여 발생되는 포토 일렉트릭 양자 효과를 미리 추정하게 된다. 그럼에도 불구하고, 한계로서 해석됨 없이 항상 광파를 만들게 된다

실제적인 혼합 또는 증가 처리는 변조 포토게이트("차지 스윙")의 우측 또는 좌측에 대하여 광발생된 차지 캐리어의 변조 전압-의존 또는 위상-의존 드리프트에 놓이게 된다.

미리 설정된 시간안에 적분에 관여하는 전자 판독 시스템에 대하여 전달되고 어큐뮬레이터 게이트하에서 수집되어 상기와 같이 분리된 차지 캐리어간의 차지 차이점은 변조 전압 U_m(t)과 입사 변조된 광신호의 포락선에 대한 상관함수 측정을 나타내게 된다.

동시에, 어큐뮬레이션 게이트에 대하여 이송하고, 차지스윙의 위치에 의하여 영향받지 않고 통과하는 상기 차지 캐리어의 차지합은 픽셀 그레이 값 또는 픽셀 명암으로 적절히 사용된다.

입사 광파의 시간 지연 또는 상대 위상을 감지하기 위해서는, 상술한 바와 같이, dc 전압 요소인 3개의 매개변수와 ac 전압 요소와 상대 위상에 관한 3개의 측정치가 필요한다.

따라서, 3 개의 광 감지 변조 포토게이트를 갖는 포토닉 혼합 요소의 픽셀 구성을 포함하는 것이 가능하게 되는 바, 상기 3 개의 광 감지 변조 포토게이트는 트랜스미터에 의하여 조사된 광파에 대하여 변동하는 3개의 다른 위상을 포함하는 변조 포토게이트 전압에 의하여 작용하게 된다.

상기 상관 진폭으로부터의 포토닉 혼합 요소의 각 픽셀에서 접수신호의 위상을 감지하기 위해서 4개의 다른 믹서 신호의 위상을 사용하게 된다.

픽셀당 두개의 변조 포토게이트에서 변조 포토게이트 전압의 풀-푸시 배열은 상기 측정치가 한번에 두개씩 동시에 실행되는 것을 제공하게 된다.

따라서, HF-변조의 경우에 있어서, 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)와 관련된 0°/180°범위와 90°/270°위상차에서 90°로 변위되는 두개의 측정치가 실행하는데 충분하고, 이때 상기 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)은 각각 4개의 다른 측정값을 필수적으로 요구하기 위하여 방사광의 위상과 관련된 것이다.

더욱 바람직한 배열로서, 하나의 픽셀을 형성하는 포토닉 혼합 요소가 대칭적으로 배열된 4개의 변조 포토게이트로 구성되는 것이 있고, 각각 두개씩 서로 마주보며 배열된 변조 포토게이트는 푸시-풀 또는 180°위상 변동된 변조 포토게이트 전압으로 작용하게 되며, 상기 각각 90°로 변위되고 0°/180°범위와 90°/270°위상차를 가지며 상술한 이중 픽셀과 연관되는 두개의 측정치는 동시에 실행되어진다.

또한, 상기 픽셀은 4곱의 픽셀이다.

더욱 상세하게는, 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 위상 변동을 측정하기 위하여, 다수로 배열된 포토닉 혼합 요소의 다수의 픽셀중 적어도 하나에 트랜스미터에 의하여 조사된 광파의 일부가 기준으로서 지시되도록 함을 가능하게 한다.

상기 위상과 진폭정보는 조사(照射)된 픽셀이 측정을 위하여 사용될 수 있거나, 미리 설정된 값에 대한 위상변동의 조정을 위하여 사용됨으로써, 얻어지게 된다.

역으로, 입사광파의 알 수 없는 변조는 활성 사물에 의하여 방사되는 바, 적어도 하나의 혼합요소를 수단으로 하여, 로크-인 증폭기의 높은 수준의 고분해능으로 상기 광파를 측정할 수 있다.

트랜스미터 대신에 조절 가능한 변조 제너레이터가 포토닉 혼합 요소와 함께하기 위하여 위상-로크 루프를 형성한다.

또한, 로크-인 증폭에 있어서, 위상-로크 루프가 예를들면 HF-변조용으로 사용되고, 지연-로크 루프는 디지탈 변조용으로 사용된다.

능동의 사물을 검사하기 위하여, 조사된 광의 변조와 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)은 각각 다양한 방법으로 실행된다.

우선, 연속적인 HF-변조에 효과가 있고, 차지 차이와 차지 합계는 광파의 진폭정보와 위상의 평가를 위하여 픽셀 명암에 의하여 영향을 받는 주기로 반복적으로 판독된다.

바람직한 처리방법은 예를들면 순차적으로 간섭 백그라운드 빛을 간단히 초과하기 위한 경우에 펄스-형성 HF-변조와 광을 갖는 간헐 모드의 작동이다.

상기의 경우에는 광발생된 차지가 각각 HF-펄스 동안에 적분되어 평가된다.

특히, 반사된 광파의 위상 또는 전이시간 정보을 감지하는데 있어서, 위상과 전이시간 분해능의 수준을 증가시키기 위해서, 예를들면 처프(chirp) 절차로서 협(狹)상관 함수를 갖는 레이터 기술에서 알려진 HF-펄스 압축 처리를 사용할 수 있다.

각각의 포토닉 요소의 변조신호와 트랜스미터의 광파는 미리설정된 위상관계로 빛을 발하고, 또한 위상관계로 반사된 상기 광파는 반복적으로 처프(chirp)에 의하여 변조된다.

상기 처프 변조에 의하여, 트랜스미터에 의하여 조사된 빛과 포토닉 혼합 요소의 변조 포토게이트 전압간의 조저 가능한 지연의 삽입은 멀티플 타깃(Tarket) 또는 빛을 발하는 모습의 압축 곤란한 멀티플 반사를 분해할 수 있도록 제공된다.

후술되는 의사(疑似)-소음 변조(PN-변조)은 변조의 향상된 형태로서 베이스밴드 -PN- 와 HF-PN-변조에 유용하게 사용된다.

반복적인 광신호의 경우, 샘플과 홀더 작동에 의한 샘플링 처리는 니들 펄스를 갖는 혼합과 상관의 특수 경우이다.

본 발명에 따른 포토닉 혼합요소는 상기의 경우에 사용될 수 있고, 펄스된 변조의 이용을 위하여 사용될 수 있다.

여기서, 어큐뮬레이션 게이트로 이송하는 차지는 다양한 방법으로 처리되는 사항일 수 있다.

한편, 상기 포토닉 혼합 요소는 CCD-기술을 사용하여 구성할 수 있는 바, 상기 차지는 어큐뮬레이션 게이트 밑쪽에서 적분되거나 수집된 후, 종래 방법으로서 CCD-판독 회로, 예를들면, 3개의 위상 변동 사이클, P- 또는 N- 확산에 의한 판독으로 변위된다.

반면에, 상기 포토닉 혼합 요소는 신호를 미리 처리하는 시스템과 픽셀-비전자적인 판독을 포함하는 능동적인 픽셀 요소인 COSM-기술을 사용하여 실현될 수 있다.

CCD 기술에서 종래에는 판독회로가 변조 포토게이트까지 향하며 양쪽에서 시작을 하게된다.

어큐뮬레이션 게이트는 차단된 저-캐패시턴스 PN-다이오드의 형태로서, 착류 광발생 차지를 전극 G_aG_b을 경유하여 전자 픽셀 판독과 신호를 미리 처리하는 저장과 처리용 시스템까지 전달시킨다.

차지 스윙의 두 개의 차지 요소는 연속적으로 판독되고, 예를들면 캐패시터와 연결된 다운스트림상의 차지 증폭기를 갖는 반응-자유 방식으로 저장될 수 있다.

각 새로운 측정 작동 전에, 차지드-업(charged-up) 캐패시터는 전자 리셋 스위치를 수단으로 방전되고, 리셋 상황에서 측정된 고장전압은 실제적인 측정값의 보정용으로 사용된다.

픽셀-와이즈 반응-자유 판독 절차의 사용은 다음의 장점을 갖추게 하는데, 포토닉 혼합 요소의 전체 다이내믹과 측정방법은 CCD-기술을 사용한 실행과 비교하여 상당히 향상될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 전자 픽셀 판독과 신호를 미리 처리하는 시스템에서 위상과 진폭정보가 온-칩(on-chip) 집적화의 형태로 측정될 수 있다.

응용-비 옵토-전자 칩(application-specific opto-electronic chip(ASOC))또는 능동 픽셀 센서(active pixel sensor(APS))는 측정률을 향상시키고, 진폭과(또는)위상의 픽셀-와이즈 선(先)처리를 허용한다.

본 발명의 중요한 장점으로, 변조가 차지 전달과 분리와 동시에 이루어지는 효과가 있고, 즉, 부수적인 소음과 중간 스테이지(stage)의 대역 한계가 없이 감지와 혼합이 동시에 시작된다.

따라서, 내부 에이리어스(arias)를 발생시키는 시간 표류 에러가 방지되고, 감지 실행으로부터 시간과 공간에 관해서 분리되는 차지 변조과 적분 실행이 필수적으로 발생되고, 억압되지는 않는다.

본 발명의 또 다른 장점으로서, 포토닉 혼합 요소의 제한된 고주파수에 있다.

푸시-풀 변조 전압에 의하여 전달된 상기 차지의 제한된 주파수는 최대표류거리 또는 전달거리에 견줄만하다.

즉, 변조 포토게이트의 총거리, 대응되는 MOS-트랜지스터의 제한된 주파수는 GHz-범위를 달성시킨다.

또한, 복잡한 보통-모드 신호는 비대칭적인 차지 캐리어 분리와 차이 형성에 의하여 억제되어진다.

변조 신호와 관련되지 않은 각 간섭 신호(예를들면, 백그라운드 빛)는 차지 차이에서 억제되고, 고신호:소음비를 유도하게 된다.

좀 더 상세하게는, 감지의 조합, 혼합과 차지 캐리어 적분, 동일한 칩상에서의 차이 형성때문에 순간 시간 표류가 발생하게 된다.

또한, 실질적으로 모든 측정함수의 조합은 단수의 반도체 구조에서 가능하게 된다.

변조기로서, 포켈 셀의 사용을 포함하는 DE 44 39 298 A1에 공개되어진 기술의 내용과 비교해 볼 때, 단지 1000볼트 대신에 1볼트내의 저변조 전압 범위만이 필요하다.

또한, 본 발명에 따른 포토닉 혼합 요소의 2차원 배열은 수신기상에 큰 개구를 만들어지게 한다.

코히어런트(coherent) 또는 편광된 빛은 위상과 진폭정보를 감지하는데 필요하지 않다.

따라서, 빛의 웨이브 길이와 편광에 관점에서 선택적인 필터의 업스트림 배열에 의한 입사 광파의 특성을 사용할 수 있게 된다.

또한, 상기 배열은 광대역 광감지 증폭기와 전자 믹서의 제거로 인하여 고수준의 감도와 고신호:신호비를 허용한다

광파의 스펙트럴 광학 대역폭은 포토게이트하에서 차지구역 공간에서 사용되는 재료의 스펙트럴 광감도에 의하여 감지되는 바, 즉 실리콘의 경우에 대략 파(波)길이 범위는 0.3∼1.1㎛이고, InGaAs의 경우에는 약 0.8∼1.6㎛이고, InSb의 경우에는 1∼5.5㎛이다.

상기 포토닉 혼합 요소는 0-, 1-, 또는 2차원 배열로 배열될 수 있고, 기하학적인 광 스펙트럼도 가능하다.

100,000개의 포토닉 혼합 요소는 약 100MHz의 변조 광대역폭의 수준에서 작동될 수 있고, 따라서 3차원 모습의 카메라 샷은 각 픽셀의 거리 정보의 감지와 함께 매우 빠르게 실행될 수 있다.

위상 이미지 φ(X,Y) 또는, 반경 벡터 또는 복셀(Voxel)거리를 갖는 거리이미지 또는 깊이 이미지는 판독하여 어큐뮬레이션 게이트로 흐르는 차지의 차이에 의한 픽셀 와이즈 방법으로 감지된다.

통신 차지 합은 종래의 픽셀 그레이 값 A(X,Y)을 허용하는 바, 이 두개의 값은 크기 조절된 그레이 값 이미지 또는 3차원 이미지 A(X,Y,Z)로 부여되도록 조합될 수 있다.

상기 3차원 이미지 반복률은 약 10∼1000Hz 이상의 범위로서, 빛의 명암 수준과 포토닉 혼합 요소의 수에 의존하게 된다.

또한 칼라 필터를 사용하여, 거리 이미지R(X,Y)의 통상적인 칼라 값 빨강(X,Y), 녹색(X,Y), 파랑(X,Y)을 얻어낼 수 있게 된다.

혼합과 차지 캐리어 집적화의 집적 구조는 포토닉 혼합 요소의 관점에서 단순한 구조로 제공되지는 않는다.

결국, 일차원 또는 이차원 모습이 기록된다면, 입사로 반사된 광파를 이미지화하는데 충분한 종래의 광학 이미지 시스템용 수신 채널에서 소비되는 비용이 필요하지 않게 된다.

측정장치는 광학 전달 및 수신 시스템의 동위상 줌에 의하여 서로 다른 3차원 모습을 유연하게 채택하게 된다.

본 발명에 따른 방법과 통신 혼합 요소 도는 다수의 혼합요소의 배열에 있어서, 픽셀 위상 또는 픽셀 전이시간, 과 픽셀 밝기가 능동 픽셀 센서 구조에 의하여 직접적으로 확인된다면, 동일한 칩(소위, 온칩 멀티플렉스(on-chip multiplex structure)구조로 불림)상에 배열된 멀티플렉스 구조에 의하여 순차적으로 또는 선택적으로 판독된다. 이는 처리속도를 향상시키고, 요구되는 요소의 수를 감소시킨다.

만일, 상기 픽셀 밝기가 어큐뮬레이션 게이트의 차지 합과 그레이 값 이미지로 평가된다면, 본 발명의 바람직한 구현예는 백그라운드 빛의 경우에만 해당되고, 다시 말해서 비변조된 빛의 경우에만 해당되는 바, 어큐뮬레이션 게이트에서 추가의 빛에 의하여 산출된 차지를 계산함으로써 제거된다.

상기 절차에 의하여, 차이가 변조된 빛을 스위치 온 함으로써, 다시 말해서 변조된 빛 소스(source)가 스위치 오프됨으로써 달성된 그레이 값 이미지 사이에서 형성된다.

상관(相關) 정보는 기본 밝기 또는 어큐뮬레이션 게이트에서 차지의 기본 합을 포함하지 않음에 따라서, 실제 상관 정보는 기초량의 추출후에 명백하게 나타난다.

상술한 바와 같이, 다수의 혼합 요소가 선분 배열, 표면배열, 공간배열중에 하나에 사용되는지를 명백하게 이해할 수 있게 된다.

선분(linear) 배열이란 단지 연속적인 관계 또는 순차적인 직선열로 배열된 혼합요소의 셋트를 말하는 것이 아니고, 선을 따라 배열된 혼합요소의 일반적인 열을 말한다.

이때, 상기 선은 직선이 될 수 있고, 곡선도 될 수 있다.

또한, 상기 표면 배열의 경우에는 직사각형 매트릭스를 형성하는 2차원 혼합 요소로 제공되는 것만이 아니고, 설정된 일정 형태 또는 곡선표면 예를들면 구형 셀(shell)의 내면과 연관된 배열이 될 수 있다.

또한, 각을 갖는 표면상의 다시말해서 서로 일정각을 갖는 두 개의 표면상에 혼합요소의 배열을 사용할 수 있고, 상기 배열들은 주어진 응용에 적절하고, 공간배열(spacial array)에 의하여 수용되어진다.

상기 배열의 경우에는 다수의 바람직하게는 백 또는 천 개의 혼합요소로 구성되고, 본 발명에 따른 방법의 효율적인 구성은 픽셀 또는 혼합요소중에 적어도 하나가 빛으로써 휘도변조된 전자파의 일부와 함세 직접적으로 조사되어진다.

상기 방법으로 부터 얻어진 측정 결과는 밝기 결과와 다른 위상의 측정을 위하여 적어도 하나의 픽셀이 사용된다.

기준 픽셀이 휘도의 수준차를 갖는 트랜스미터에 의하여 작용되거나, 다수의 기준 픽셀이 있는 상태에서 사용되기 위해서는, 상기 각각의 픽셀이 휘도의 수준차에 의하여 작용된다.

측정 신호의 동적 범위에 의하여 발생할 수 있는 에러를 피할 수 있게 된다.

상술한 하나 또는 다차원 혼합요소의 경우에 있어서, 상기 픽셀은 MOS 기술을 사용하여 실리콘 물질상에 구성되고, 멀티플렉스 구성 바람직하게는 CCD-구성으로 판독된다.

본 발명에 따른 혼합 요소는 디지탈 포토그래픽 카메라 또는 비디오 카메라에서 사용하는 것이 적당하다.

이를 위해서는, 전자 평가 시스템, 차이 신호용 신호처리, 합게 신호와 연관된 기준 신호, 이것이 그레이 값 이미지용으로 계산된 디지탈 메모리, 전이시간 도는 거리 이미지, 집적화된 수신 옵틱을 갖는 혼합 요소 배열(예를들면 직사각형의 매트릭스를 형성)를 제공하는 것이 필요하다.

또한, 상기 배열은 변조된 전자파 또는 변조광을 갖는 3차원 모습을 발산하는 트랜스미터 또는 적절한 빛 소스와, 수신용 옵틱을 조절 할 수 있는 전달용 옵틱 포함하는 바, 상기 모든 구성 요소는 디지탈 카메라와 같은 콤팩트 유니트로구성되기 위하여 서로 조합된다.

디지탈 포토그래픽 카메라와 디지탈 비디오 카메라간의 차이는 본질적으로 다음과 같다.

통신 비디오 카메라는 다수의 화상이 기록되어야만 하고, 짧은 시간안네 저장되어야 하는 바, 이를 위해서는 통신용 화상 시퀀스의 재생과 저장을 위한 적절한 장치가 제공되어야만 한다.

빛 또는 조사된 모습은 다양한 스펙트럼 영역으로부터 변조된 광으로 실행될 수 있는 바, 화상의 칼라 요소 도는 크로매틱 요소는 상기 방법으로 얻어질 수 있고, 동시에 공급되는 공간깊이 정보를 갖는 완전한 칼라 화상으로 재구성된다.

보다 높은 대역폭을 위해서 그리고 향상된 에지(edge) 감지를 위해서, 각 혼합요소와 픽셀과 관련된 마이크로렌즈 광학 시스템이 사용될 수 있고, 이 마이크로광학 시스템은 변조게이트에서의 이상적인 위치 구성으로 부터 유도된 픽셀의 중앙영역에 대한 입사광을 감소시키게 되는데, 이때, 상기 변조영역은 광감지 표면의 에지 영역이 실제적으로 제거됨을 발생시킨다.

혼합 요소의 감지면에서 마이크로렌즈 광학 시스템에 의하여 발생된 빗나간포커스의 화상은 에지의 화상을 보증할 수 있고, 보증된 화상은 두개의 픽셀 사이의 중앙에서 무정형으로 펼쳐지게 되며, 어큐뮬레이션 게이트에서의 차이 차지의 발생을 초래하지는 않고 상관 또는 폴스(false)깊이 정보를 시뮬레이트(simulate) 하게 된다

본 발명에 다른 포토믹싱 요소를 갖는 배열은 추적되어 감지된 사물에 대한 거리 또는 깊이정보에 주어진 부가적 요건과 함께 미리 설정된 1, 2, 3차원 구성을 추적하고 감지하는데 적절하다.

(ΔX, ΔY, ΔT)(여기서, X와 Y는 두 개의 직선 독립 조합으로 규정되는 바, 이 독립조합은 혼합요소 매트릭스의 평면에 펼쳐진 것이고, T는 변조신호의 전이시간 지연을 의미한다)에 의한 변조 신호의 시간 조합 T와, X-, Y- 의 진폭과 변위를 선택적으로 결정하는 것은 3차원 상관의 실행을 제공하고, 따라서 미리 설정된 3차원 사물은 공간에서 추적되어 감지된다.

본 발명에 따른 포토믹싱 요소는 단순히 신호의 재발생을 포함하는 종래의 광학 신호 수신기에서의 포토다이오 대신 사용되고, 상기 변조 신호의 형태는 신호 형상에 대한 최적 방법으로 채택되며, 또한 변조신호의 위상은 수신 신호의 위상 위치에 대한 위상-로크 루프에서 최적의 방법이 채택된다.

다시 말해서, 클록(clock)이 자가신호로 부터 얻어지게 되고, 수신 신호의 최적 가중치로 사용되어 지는 바, 상기 신호는 소음의 백그라운드로부터의 최적 패션(Fashion)에서 분리되다.

광학 데이타 전달에 관한 감도와 정확성은 종래의 포토다이오드외 비교해볼때 상당히 향상될 수 있다.

이는, 시간, 주파수와 코드 멀티플레스 모드에서 평행한 높은 수 통신 채널과 중간 증폭없이 광학 전달 부분에 대한 길이의 상당한 증가를 허용한다.

결국, 본 발명에 따른 포토믹싱 요소는 광학적 기초 위치에서 사용될 수 있고, 작동모드는 신호의 암호화된 발산을 허용하는 위성 트랜스미터에 의하여 위치의 감지를 정확하게 실시하는 종래의 GPS-시스템에 포함된 것과 유사하다.

통신 광학 위치 감지 시스템에 있어, GPS-시스템으로 알려진 상기 위성 트랜스미터는 광전파를 띤 변조광 소스로 대체될 수 있는 바, 상기 변조광 소스는 예를들면 광학적 발산 시스템과 레이져 다이오드에 의하여 감지된 위치의 사물에 근접하여 배열된다.

동시에 수신기는 사물상에 하나 이상의 포토믹싱 요소, 바람직하게는 다수의 포토믹싱 요소에 의하여 형성되는데, 이 포토믹싱 요소는 서로 다른 변조와 함게 여러 포인트에 배열된 빛 소스로 부터의 신호를 감지하기 위하여 다양한 방향으로 유도된다.

암호화된 변조는 정지 광 소스에 대한 확실한 보완를 허용하고, 위치를 갖는 사물이 감지할 뿐만아니라, 사물의 위치에 의하여 연관된 신호 전달 시간이 감지된다.

그 이외의 사용은 광학 데이타 전달용 디멀티플렉서를 사용한다.

특이한 변조의 형태와 포토믹싱 요소에 의한 상관을 암호화하는 것은 다양한 채널의 확실한 연관성을 허용한다.

본 발명에 따른 포토믹싱 요소의 높은 수준의 위상 감도의 사용과 보다 나은 응용은 새그낵(Sagnac) 효과, 다시 말해서, 회전 기준시스템에서의 광파의 위상변동과 전이시간에 있다.

이를 위해서는, 변조광이 본 발명에 따른 포토닉 요소중 하나인 광학 피브리(fibre)등의 출력과 다수의 턴(turns)에 놓여진 광학 피브리에 결부되어야 한다.

상기 혼합요소의 변조 게이트는 결부된 광파와 동일한 주파수로 변조되고, 따라서 포토믹싱 요소에서 차지 분배의 형성을 초래시킨 상관은 현주파수 또는 위상 변동에 관한 측정을 공급하게 된다.

광학 피브리 또는 광학 도파관의 턴(turn)상의 평면에 있지 않는 회전축이 포함되는 기준 시스템의 각 회전 주기동안에 주파수와 전이시간 위상 위치변화가 자동적으로 포토믹싱 요소에 의하여 감지된다.

새그낵 효과를 기반으로 하는 피브리 자이로 콤패스 시스템은 당기술과 연관된 오차에 대한 통신소스로서, 그것의 긴주기 안정에 관한 어떠한 문제도 야기시키지 않는 인코히어런트(incoherent)빛에 의하여 구현될 수 있고, 광학 감지기와 전자 믹서의 고수준 증폭 다운스트림이 완전히 제거된다

상기 시스템에 의하여 절대적 방향 측정이 가능하고, 본 발명에 따른 포토믹싱 요소에 의하여 움직이는 사물의 속도를 측정하는 효과를 가능하게 한다.

예를들면, 광파의 일부가 광학 도파관으로 유도되기 전에 빔 스프리터에 의하여 제거되고, 정지 사물상으로 지시된다.

상기 정지 사물에 의하여 반사된 빛은 포토믹싱 요소 수신기에 의하여 수신되고, 상술한 바와 같은 방법으로 평가된다.

선 또는 매트릭스 이미지의 부가적인 깊이 정보에 대한 중요성과 그 의미를 의존하여, 주어진 포토믹싱 요소는 CCD-, COMS-, 또는 TFA(ASIC 상의 얇은 필름)-이미지 센서의 기술분야에서 집적화될 수 있다.

좀 더 상세하게는, 본 발명과 관련된 3차원 또는 매트릭스 카메라의 사용에 있어서, 종래의 2차원 카메라를 사용하는 것도 바람직하고, 스펙트랄 할당과 3차원 카메라에 대해 능동적으로 변조된 조명 요소의 피드(feed)는 빔 스프리터에 의하여 영향을 받게 된다.

3차원 측정용 포토믹싱 요소의 사용을 위하여, 보다 큰 거리용를 위해서는 변조광이 너무 약하고, 적어도 두개의 3차원 또는 매트릭스 카메라의 조합을 사용함이 바람직하며, 본 발명과 관련된 경우의 측정은 전이시간을 기반으로 한 근접 영역과 백그라운드 빛에 존재하는 내부 얼라이어와 함께 삼각 측정을 기반으로 하는 먼 영역에서 영향을 받게 된다.

근접 영역에서의 깊이 측정의 경우에는 상술한 바와 같고, 적어도 두 개의 카메라가 병렬로 되어야 한다.

먼 거리의 깊이 측정을 위해서는, 상기 카메라의 광학축이 PMD 칩 중앙 포인트에 의하여 형성되고, 측정된 체영역 예를들면, 수평과 수직방향에서의 PMD-칩 배열과 PMD-칩 간격의 교차점상에 지시된다.

동시에 상기 카메라의 광학 시스템의 포커스는 상기 교차점 거리에 대해 설정된다.

따라서, 픽셀 밝기값은 미리 조절되어 가장 큰 깊이의 체영역에 일치되어진다.

상기 체영역에 있는 사물의 감지와 인식을 위하여, 픽셀 진폭의 일치와 더불어 포토믹싱 요소의 합계 이미지는 적용되는 dc 변조 전압에 의하여 추가된다.

비일치된 픽셀 진폭은 U_ma= U_mb= 0로 설정된 변조 전압에 의한 차이 이미지에서 제거된다.

각도 스캐닝에 의하여 상기 3차원 모습은 변조 트랜스미터 빛의 바깥쪽 범위에서 측정된다

상기에서 필수적인 각은 PMD-칩의 변위와 개개의 스테레오 카메라의 회전과, 전체 배열의 피벗 운동에 의하여 달성된다.

이하 상세하게 설명될 사용 가능한 소모품은 다음의 리스트에서 찾아 볼 수 있고, 응용의 범위는 넘는 설명도 다음의 리스트에서 벗어나지 않는다.

좀 더 상세한 소모품은 다음의 영역에서 관찰될 수 있다.

- 디지탈 3D-포토그래픽 카메라,

- 디지탈 3D-비디오 카메라

- 위험 영역 모니터링,

- 보안 엔지니어링과 "인텔리전트 빌딩"

- 점령 감지와 전동운송수단의 인식 "인텔리전트 에어백"

- 전자 3D-리어뷰(rear view) 미러

- 도로에서 교통상태의 인식

- 자동 운송수단 네비게이션

- 인코히어런트 피브리 자이로오 도플러 속도 측정

- 자동 운송 운송수단의 제어

- 산업 크리닝 로봇

- 개인 인식, 출입 인가의 체크와 인식

- 사물의 인식, 예를들면, 운송수단

- 생산 모니터링, 재질 테스트, 100% 품질 테스트

- 딱딱하고, 작고, 전체가 고체인 로봇팔용 전자 "3D-아이(eye)

- 운송수단의 속도와 거리 측정, 도로상태 감지, 교통상황

- 의공학, 내시경 검사법

- 광학적 자유공간 또는 선분을 위한 CDMA-공학

- 상호간의 3D-통신,예를들면 멀티미디어 영역

- 포토믹싱 요소의 선분을 갖는 움직이는 사물에 대한 3차원 측정

본 발명의 포토믹싱의 장점은 다음 강조된 바와 같다.(이하, "Photonicmixer Device"는 "PMD"로 약칭한다)

1. PMD 결합: 감지, 푸시-풀 믹싱과 1/100 ∼ 1/1000㎟ 과 같은 매우 작은 공간에서의 집적화⇒ 전자광학 상관.

2. 2-배/4-배-PMD: 고 동적 그룹 전이시간 불변과 함께 2개 또는 4개의 값비싼 광대역 증폭기를 교체하고, 2개에서 4개의 전자 믹서를 교체.

3. 트랜스미터와 수신기간의 전자적 상호 통화 감도의 고수준이 제거된다.

4. 약 100,000개의 병렬회로 전자 광학 변조기의 집적화

5. PMD-3D-포토그래픽 또는 비디오 카메라는 작고, 가벼우며, 딱딱하고, 광 트랜스미터와 수신기용 광학 줌 시스템에 의하여 유연하게 채택된다.

또한, 본질적인 표면용 체적과 약 5°에서 50°의 개구각을 갖는 약 20cm에서 50cm의 거리를 측정.

6. 아주 빠르게 3차원 화상을 10Hz 에서 1000Hz로 기록. CCD- 와 CMOS- 카메라와 부합되는 감도와 S/N-비율.

7. 깊이 분해능은 각각의 측정시간, 밝기 휘도, 최적의 기준에 의한 복잡한 광학과 간격에 의존하여 약 0.5mm에서 50mm이다.

8. GHz-범위까지 각각의 픽셀 사이즈에 따른 최대광대역

9. 1볼트 이하의 범위에서의 변조 전압

10. 코히어런트, 분광 또는 협대역 광이 요구되지는 않고, 스펙트랄 범위는 광감도 재질(예를들면, 5.5㎛까지 InSb의 경우)에 의존한다.

11. 데이타 융합에 의한 3차원 깊이 화상과 2차원 그레이 값 화상의 동시 기록은 3차원 그레이 값 화상의 최대 평가를 허용한다.

12. 집적화 시간 T_i에서의 휘도 독립 변수에 의하여 판독회로는 약 8비트(factor 256)의 동적을 증가시킨다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1a는 CCD-구조의 예를 사용한 포토닉 혼합 요소의 픽셀(1)의 단면도이다.

상기 픽셀(1)을 제외한 포토닉 혼합 요소는 전압공급과 신호 차단 작동에 필요한 구조를 포함한다.

바깥쪽 게이트 G_sep는 단지 전기적으로 근접된 구조에 관련된 픽셀을 제한ㅎ지 않는 기능을 한게 된다.

도 1에 보여진 배열은 P-도프드(doped) 실리콘 재질(2)상에 형성된다.

제안된 개념의 혼합 또는 증분 작동은 우선, 순수한 CW 고주파수 변조용으로생각될 수 있다.

도 1b∼1f는 혼합 처리의 다양한 위상을 위한 포텐셜 배분을 보여주는 단면도이다.

상기 중간 변조 게이트 G_am과 G_bm은 광민감부를 나타내고, 인버션(inversion) 상태이다.

전도체 또는 광학적 부분 투명한 상부 커버 예를들면 폴리실리콘에서 포지티브 바이어스 전압(U_o)이 겹쳐진 푸시-풀 전압 U_m(t)으로 작동된다.

이는, 각각 변조 전압 U_am(t) = U_o+ U_m(t)와 U_bm(t)= U_o- U_m(t)을 허용한다.

상기 변조전압은 절연층(3)(예를들면, 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트라이드)의 밑에 공간 차지 영역에서의 입사광파 광자에 의하여 발생된 최소의 차지 캐리어의 분리를 발생시킨다.

상기 차지 캐리어는 포지티브 어큐뮬레이션 게이트 G_a또는 G_b에 근접하여 변조되는 푸시-풀 전압의 영향하에서 표류하게 되고, 집적화 되는 동시에 최소의 차지 캐리어 또는 구멍이 P-Si-기질의 접지 터미널로 흐른다.

도 2는 내부라인 전달 판독장치의 일부를 포함하는 본 발명에 따른 포토닉 혼합 요소의 두 개의 픽셀을 보여주는 도면으로서, 픽셀의 일끝에는 상관에 의하여 얻어진 차지 값의 순차적 처리용 전자 판독 시스템이 배열된다.

선분의 모든 어큐뮬레이션 게이트 하의 차지 어큐뮬레이션을 위해 미리설정되는 시간 T, 예를들면 G_aG_b하의 픽셀 번호 n 차지 q_a와 q_b는 3-위상 판독 변동 레지스터로 트랜스퍼 게이트 TG_a와 TG_b에 의하여 통과되어진다.

정해진 한계 분리 게이트 G_sep는 외부 영향으로 부터 상관 픽셀을 보호한다.

다음과 같이 기술되는 위상 위치 HF-변조 전압 U_m(t)를 포함하는 도 3은 도 1과 관련된 전압 구성을 보여주는 바, 변조 게이트 G_amG_bm은 도 3에 도시된 변조 포토게이트 전압을 수단으로 하여 작동된다.

U_am= U_o+ U_mcos(ω_mt) --- (1a),

U_bm= U_o+ U_mcos(ω_mt-180°) = U_o- U_mcos(ω_mt) --- (1b)

도 1b∼1f는 HF-변조 신호의 주기 T_m의 기간을 위한 t₀에서 t₈까지 시간 시퀀스에서 픽셀에 대응하는 모든 게이트를 위한 대표적 픽셀(1)의 상기 공간 범위 s 의 공간 차지 영역에서 포텐셜 분배 Us(S)를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 극성에 따라 픽셀(1)의 오른쪽을 향하거나 좌측을 향하며 표류된 후에 어큐뮬레이션 게이트 G_aG_b에서 비교적으로 높은 포지티브 전압은 광 발생된 차지 캐리어의 어큐뮬레이션을 제공한다.

상기 작동은 변조광과 변조 포토게이트 전압 U_am(t)이 동일한 주파수를 포함할때, 효과를 갖는다.

다음으로, 위상차 φ_opt에 의존하여, 어큐뮬레이션 게이트 G_a와 G_b는 차지 캐리어의 우선 방향으로 표류한다.

관련된 평균 전류는 i_a와 i_b이다.

기초적인 상관은 다음과 같이 수학적으로 기술된다.

포토닉 혼합 요소 z = 0의 2차원 배열은 일반적으로 평면이고, 입사 변조광파는 P_opt(X,Y,t,τ)로 기술된다.

여기서, 푸시-풀 변조 신호 작용을 갖는 광발생 차지 캐리어는 두 개의 어큐뮬레이션 게이트에 관한 차지 차이로 연관된 U_m(X,Y,Z)로 기술된다.

전이시간 차이τ=φ_opt/ω_m, 변조각 주파수 w_m, 상수 k₁k₂를 포함하는 3차 곡선 φ_Um.Popt(X,Y,τ)= k₁U_am(-X,-Y,-τ)***P_opt(X,Y,τ)=k₂Δi_ab(X,Y,Z)으로서 할당에 의존하여, 상관 함수 φ_Um,Popt(X,Y,Z)는 차지 캐리어의 모든 평균차이 Δq_ab/T =Δi_ab=i_a- i_b가 어큐뮬레이션 게이트 G_aG_b,로 표류한다.

본 발명에 따른 포토닉 혼합 요소는 빠르게 분리되는 포토익렉트로닉의 차지 이송에 의한 시간 분해능과, 푸시-풀 저장, 차이, 합계 평가로 달성된다.

불안정한 광파의 경우에서 시간에 의존하는 평균 표류 전류 Δi_ab(t) = i_a(t) - i_b(t) 의 차이에 의하여, 모든 난해 오프셋 요소는 억압되고, 동시에 변조 전압 U_m(t)을 갖는 광신호 P_opt(t-τ)에 관하여 요구된 상관 함수가 형성된다.

상기 처리 절차를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

U_am(t)과 U_bm(t)에 의하여 발생된 상기 HF-표류 필드는 포지티브면으로 전자 표류를 제공한다.

변조 포토게이트 전압 U_am(t)= U₀+ U_m(t)의 포지티브 하프(half)파, 다시말해서 U_bm(t)= U₀- U_m(t)의 네가티브 하프(half)파 동안에, 광발생된 차지 캐리어는 어큐뮬레이션 게이트 G_a로 표류하게 되고, 차지 양 q_a(도 1b와 1c에서 두 개의 상부변조 포토게이트 전압 분배를 보여준다)로서 지나가거나 축척된다.

도 3은 안정된 상태를 위하여 변조광이 다음과 같은 픽셀당 광학 파워를 나타낸다.

P_opt(t-τ) = P₀+ P_mcos(ωt - φ_opt)

상기 식에서 P₀는 백그라운드 광의 평균 값을 의미하고, P_m은 변조 진폭을, ω_m은 HF-변조 주파수를 나타내며, φ_opt는 위상 지연을, τ=φ_opt/ω_m은 G_am에서 변조 위상에 관한 입사광파의 전이시간지연을 나타낸다.

다음은 픽셀당 발생된 전체 광전류를 나타낸다.

i(t) = P_opt(t-τ)=S_λ[P₀+ P_mcos(ωt - φ_opt)]

i(t) = I₀+ I_mcos(ωt - φ_opt)

매개변수 i(t) = i_a(t) + i_b(t),I₀는 P₀과 관련된 픽셀 광전류의 평균값, I_m은 P_m과 관련된 변조 광전류의 변동하는 진폭, S_λ는 스펙트랄 감도를 나타낸다.

픽셀당 전체 광전류는 두 개의 요소로 분할되는 바, 더욱 상세하게는 어큐뮬레이션 게이트 G_a의 전류 i_a(t)와 어큐뮬레이션 게이트G_b의 전류 i_b(t)로 분할된다.

상기 값은 어큐뮬레이션 게이트 G_a와 G_b하의 CCD-기술과 전자 판독 시스템에서 픽셀 와이즈 방법으로 판독되는 CMOS-기술에서 적분된다

이하, 상기 전류의 평균값 i_a와 i_b로 주어진 것으로 간주한다.

차지 분리에 의한 최대치는 각도 φ_opt= 0 와 τ = 0으로 달성된다.

상기 상태는 도 3에 도시된 바와 같다.

변조 진폭, 무시할만한 표류 전이시간, 평균 광전류 i_ai_b를 위한 P_m= P₀를 갖는 100% 변조 깊이와 같은 이상적인 상황의 가정하에 하모닉 변조를 허용한다.

도 4는 이상적인 평균 픽셀 전류의 구성을 보여준다.

상기 픽셀 전류는 HF-변조 수신광으로 부터 유도된 반대-위상 상관 함수와 변조 포토게이트 G_amG_bm에서 적용된 HF-변조 포토게이트 전압을 나타낸다.

합계는 평균 픽셀 광 파워 P₀의 I₀에 대응한다.

시간 T= N*T_m위로 축적된 전체 차지 량은 다음과 같다.

위상 지연과 대응되는 전이시간 τ=φ_opt/ω_m을 갖는

이하, q_aT는 단지 q_a로 인식되어진다.

모든 픽셀(1)중의 어큐뮬레이션 게이트 G_a, G_b의 전체 차지는 두 개의 불연속적인 HF-인터페로그램을 형성하고, a-인터페로그램에 관하여 180°로 변위된 a-인터페로그램과 b-인터페로그램은 전이 시간 결정차이로 형성된다

도 11은 포토닉 혼합 요소의 배열을 기반으로 하는 직접 혼합을 사용하는 본 발명에 따른 3D-카메라를 나타낸다.

도 10에 도시된 당기술분야에서 알려진 3D-카메라를 비교하여 보면, 도 11에서 움직이는 3차원 사물의 빛을 위한 트랜스미터(4)의 변조 레이져 다이오드의 전류의 직접 변조에 의하여 실행된다.

상기 변조는 HF-제너레이터(13)에 의하여 발생된다.

보다 먼 거리를 위해서는 통상의 변조 전류를 갖는 고출력 레이져 다이오드 배열을 사용한다.

제 1 광학 시스템(5)은 사물(6)의 표면상에 광파의 화상을 형성한다.

상기 사물(6)에 의하여 반사된 광파는 포토닉 혼합 요소 배열(8)의 표면상에 제 2 광학 시스템을 통하여 투사된다.

상기 포토닉 혼합 배열(8)은 HF-제너레이터(13)에 의하여 작동되고, 이 작동은 HF-제너레이터(13)에 의한 발산빛의 위상에 대하여 변동한다.

상기 포토닉 혼합 요소 배열(8)의 신호는 평가장치(9)에 의하여 평가된다.

본 발명에 따른 측정장치를 기반으로 하여, 높은 개구를 갖는 광학 변조기는 배열된 3차원 개념이 필요하지 않는다.

결과적으로 픽셀 위상 φ_opt를 얻기 위한 목적으로 4개의 다른 복합시그널의 경우에 대해 전부 4개의 다른 인터페로그램을 얻게 된다. 이 복합시그널에 대한 4개의 위상은 변조 광게이트 볼테이지 U_am과 U_bm이 0°/180°의 상관계와 90°/270°의 상관계 사이에서 전환되거나 90°각도에서 지연되는 상황을 발생시키게 된다. 이와 같은 현상은 실상 또는 동상(同相) 컴포넌트와 연관성을 갖는 2개의 가상 컴포넌트 또는 직교 컴포넌트를 가지게 되는데, 이는 상기 픽셀 위상이 후술하는 방정식(10)으로부터 얻게 된다.

동시에, 작동모드는 배경 휘도와 복합 작동으로부터 얻어지는 까다로운 오프셋을 제거할 수 있게 된다.

게다가, 동일한 주파수를 적절하게 얻는 변조 볼테이지U_m(x,y,t)를 이용하는 2D-상관을 이용하는 CW-변조 광파에 대한 광학 복합 컴포넌트배열에 대한 실시예에서 기술하고 있는 측정작동은 본 발명에 따르는 측정장치로 변조 시그널을 이용하여 펄스 형태로 얻을 수 있다.

특히, 빛에 대한 의사(疑似) 노이즈 변조는 3D 광파의 고정밀 이송시간 측정을 포함하는 테스크(tasks)을 얻을 수 있는 잇점이 있다. 본 발명의 바람직한 구현예를 나타내는 첨부도면 12에서는 광학상 부동의 3D 물체를 검사하거나 측정하는 것을 보여주고 있다. 하모닉 변조를 포함하는 또 다른 실시예로서를 나타내는 첨부도면 11에서, 본 발명에 따르는 장치는 명암의 세기에 대해 PN(Pseudo-Noise) 변조시켜 줄 수 있는 3차원 물체(6)를 비춰주는 장치를 가지고 있으며, 반사되어 받은 빛은 제너레이터(13)로 적절하게 얻어지는 상관 PN- 변조 시그널로 상관산물을 얻는데 영향을 주게 된다.

상기 증가하는 워드 길이T_w= T_b(2^N-1)을 갖는 PN시그널에 대한 상관관계는 비트 폭Tb와 같은 반값 폭의 삼각형 형상의 니들 펄스와 유사하고 그래서 더욱 전적인 광 체적이 공간부에 비춰 명확하게 완전한 측정하고, 광변조 PN 시그널과 변조 포토게이트에서 동일한 시그널 형태의 비변조 PN-푸쉬 풀 볼테이지U_m(t) 사이에서 얻어지는 상관 지연T_D는 T_B단계가 진행되는 동안 한번은 최대 반향 이송 타임을 적어도 한번 이상 연속하여 통과하게 된다. 그렇게 하는 목적은 지연 멤버(11)가 제어와 평가유니트(9)에 의해 얻어지는 지연(T_D)을 적절하게 할 수 있게 하기 위함이다.

첨부도면 5a는 변조 시그널 U_m(t)을 보여주는 도면으로, 직사각형의 15bit PN 시퀀스에 대하여 보여주고 있다. 광 복합 엘리먼트에 의해 얻어지는 상관관계는 첨부도면 5b에서 상호 지연τ과 연관되는 평균 드리프트 커런트 Γ_a와 Γ_b의결과이다.

후술하는 쿼드러플 픽셀의 경우 첨부도면 8, 9, 14에서 도시된 바와 같이, 변조 포토게이트 G_cm와 G_dm을 응용하고 바이어스 볼테이지(U₀)를 첨가한 상기 푸쉬 풀 변조 포토게이트 볼테이지는 변조 포토게이트 C_a와 G_b를 적용하기 위한 푸쉬 풀 변조 포토게이트 볼테이지를 갖는 T_b에 의해 적절하게 지연되는 경우에, 높고 유익한 진폭과 이송시간 측정의 결과로 U_cm(t) = U₀+ U_m(t-T_B) U_dm(t) = U₀- U_m(t-T_B)로 나오게 된다.

변조 볼테이지를 대신하는 미리 결정된 지연(T_d)를 제외하고 송신기(4)로부터 조사되는 광밀도 const.*P_opt(t)는 동일한 PN 시그널 구조를 포함하고 있다. 이에 따른 반사는 반향이송시간 후에 다음에 광 복합 컴포넌트에 도달하게 된다. 푸쉬 풀 변조 볼테이지와 함께 나타나는 상관관계는 배경 광도가 없는 아이들의 경우와 첨부도면 5b에서 도시된 평균 픽셀 전류 Τ_a와 Τ_b에서 얻어지는 듀얼 픽셀의 경우 그리고 평균 픽셀 전류 Τ_c와 Τ_d에서 정기 T_b타임을 갖는 쿼드러플 픽셀의 경우에 Td = 0으로부터 얻어지는 서로 관련된 이송시간 지연(τ)에 따르게 된다. 먼저, 이러한 상관관계의 특징은 복수의 물체 반사가 같은 레디어스 벡터상에서 두드러지게 나타나는데, 일예로 부분적으로 어느 하나가 다른 하나의 뒤에 있거나 다반사를 제거하기 위한 많은 투명한 물체를 구분하게 된다.

게다가, 첨부도면 5c에서 도시한 바와 같이, 평균 드리프트 전류차에 대한합과 차는 오히려 듀얼 픽셀의 경우가 진행되는 동안과 동시에 각각의 상호 전자 픽셀 리드 아웃과 시그널 프리-프로세싱 시스템915)에 얻어지는 쿼드러플 픽셀의 경우에서 형성된다. 이러한 것들은 단지 T_b에서 제로와 같지 않은 시그널 값으로 나타나는 2T_b폭 측정창으로 섬세한 측정을 가능하게 해준다. 합을 측정하는 것으로 최소 진폭에 대한 기울기 상에서 측정에 대한 연관성을 결정하는 것이 가능하게 된다. 그 차이로는 유용한 T_b폭 측정창에서 경사진 선형 구성을 보여주고 있으며, 이 측정창은 이송시간을 높은 분해능으로 결정하게 된다. 다음 식은 본 발명의 실시에에서 적용되는 예를 보여주고 있다.

(9)

미리 설정된 상관 포토디텍터 배열을 바탕으로 PN 변조를 갖는 3차원 물체에 대한 광학측정을 위한 상관 측정장치의 블록 다이아후램은 첨부도면 12에서 도시된 바와 같은 단순 구조에 특징이 있다. 상기 제너레이터(10)와 지연부재(11)의 경우, 첨부도면 11에서 도시된 것과 같은 구조를 포함하게 된다.

본 발명에 따라 분해능에 대한 상호 로워 레벨을 가지고 거리를 측정하기 위해서는 물론 주기(T)와 바람직하기로는 같은 펄스와 공간적 지속시간(T_B)을 갖는 제너레이터(10)에 의해 얻어지는 송신기(4)의 단순 직사각형 변조를 얻게 된다.트랜시트 타임을 측정하기 위한 작동은 방정식(9)에 대하여 실행하게 된다. 분해능의 레벨은 주기 T가 2개의 계수가 감소함에 따라 단계적으로 증가하게 되고, 먼저 제 1측정단계가 처음으로 타임 시프트T_D= T/4가 아닌 동일 주기를 포함하는 2단계를 잇게 된다.

본 발명에 따른 광 복합 엘리먼트의 픽셀(1)을 보여주는 첨부도면 1에서 도시한 단면도는 풀 푸쉬 변조 볼테이지에 의해 얻어지는 잠재적인 경사도에 관한 적절한 배열에 의한 한계 주파수를 보여주고 있다. 이러한 점에서, 첨부도면 6은 미들 게이트(G₀)가 변조 포토게이트 G_am와 G_bm사이에 배열된 일예를 구현예로 도시한 것으로, 바람직하기로 상기 미들 게이트는 경사 볼테이지(U₀)에 있으면서 3개의 잠재적 스테이지를 성형하는 변조 포토게이트 G_am와 G_bm와 더해지게 하는 것이 좋다. 보다 바람직하기로는 가능한 단일한 형태로 이루어지거나 가능한 일정한 변조 드리프트 필드로 이루어진 잠재적인 경사도로, 이러한 것은 둘이나 셋 또는 그 이상으로부터 얻어지는 스테이지의 개수를 증가하는 것으로 얻을 수 있게 된다. 포토센시티브 스페이스 챠지 존에서, 상기 정의도 또는 스테이 결정은 절연층(3)으로부터 차지하는 공간의 경우에 줄어들게 된다. 그 결과는 본 발명의 다른 실시예에서 이용하고 있는데 좀 더 상세하게는 매립체널이라고 알려진 것을 사용하여, 절연층으로부터 몇 ㎛떨어지고 상기 변조 포토게이트 밑에서 P-기판 안쪽으로 약간 깊게 설치된 약한 도핑제가 첨가된 n-체널을 사용하는 것이다. 물론, 이러한배치는 누적게이트 G_a와 G_b를 변동시키는 쉐이딩(12)을 포함함으로써, 광파에 의해 방사가 일어나지 않게 하고 부수적으로 챠지 캐리어를 얻게 된다.

첨부도면 7은 특별한 배열과 포토닉 복합 컴포넌트의 접속을 보여주고 있으며 첨부도면 1과 비교해 볼 때, 두 개의 변조 포토게이트는 상호 공통 누적게이트(G_s,n)에 의해 분리되어 있어서 높은 충진도를 얻을 수 있다. 물론, 이러한 배열은 누적게이트를 변동시켜주는 쉐이딩(12)이 있다. 이 경우에 상기 푸쉬 풀 변조 볼테이지의 극성 또는 시퀀스 G_am,nG_bm,n은 픽셀에서 픽셀로 변하게 된다. 이 3주기의 게이트는 3상 시프트 레지스터로서의 작동으로 동시에 적당하게 읽어내게 된다. 물론, 어떠한 상황에서도 견디게 하는 손실은 인접한 각 픽셀에 대하여 하전 분배에 달려 있으며, 결과적으로 눈에 띄는 픽셀의 크기를 증가시키고 직접적으로 방정식에 대한 긍정적인 낮은 분해능에 기인하게 된다.

이러한 내부 관계와 영향에 대한 계산은 100% 충전율과 비교하여 충전차이를 측정하여 상기 중심 픽셀이 단지 50%의 요구량이나 인접한 2개의 픽셀에 대하여 각각 25%의 충전율을 고려하게 된다.

첨부도면 1과 유사한 첨부도면 7은 CW-변조에 대한 잠재적인 분배의 다양한 상을 보여주는 충전분배를 보여주고 있다.

첨부도면 8은 포토닉 복합 컴포넌트의 픽셀로 디자인된 보다 바람직한 구현예를 나타내는 도면으로, CW-변조의 경우 어떤 IQ(동상, 직각위상)- I-상태와 Q-상태로의 전환 -도 요구하지 않는다. 위에서 기술한 듀얼 픽셀을 대신하기 위한목적으로 누적 게이트 G_a, G_b, G_c. 그리고 G_d보다 변조 게이트 G_am, G_bm, G_cm와 G_dm을 갖는 쿼드러플 픽셀을 사용하게 되는데, 동시에 4개의 상위치를 얻을 수 있는 상관관계를 얻는 것이 가능하게 되고, 이 푸쉬 풀 변조 포토게이트 볼테이지 U_am(t)와 U_bm(t), U_cm(t)와 U_dm(t)는 각각의 관계에서 인자하게 되며 더 자세하게는 90°만큼 통과하는 HF변조의 경우 명확하게 인자된다.

한편, 위에서 기술한 φ_am= 0。을 갖는 G_am변조 포토게이트와 φ_bm=180。을 갖는 G_bm과 관련된 직교 배열에서는 φ_cm= 90。의 값을 갖는 G_cm와 φ_dm= 270。G_dm를 갖는 변조 포토게이트를 얻게 되며, 이 값들은 상기 픽셀을 적분하여 계산하게 되고 같은 법칙을 따라서 작용하게 된다. 이것은 누적게이트G_a,G_b,G_c그리고 G_d또는 전자 리드 아웃 시스템에서의 상호 결합으로 각각의 챠지q_a, q_b, q_c,그리고 q_d을 갖는 4개의 상 차지 누적을 할 수 있는데, 단순한 대수로 상φ_opt의 상관관계를 다음과 같이 직접 계산하게 된다.

10)

각각의 픽셀이 갖는 그레이값을 단순하게 계산하기 위하여 상기 각 픽셀의모든 누적 게이트의 각각에 대한 챠지는 q_pixel= q_a+ q_a+ q_a+ q_a를 합하여 얻게 된다. 상기 4개 각각의 챠지를 얻기 위한 리드 아웃 과정은 이 경우에 시그날을 미리 프로실행하여 적분한 픽셀을 이용하는 CMOS을 사용하여 얻어지는 활성 픽셀 디자인을 실행하여 얻게 된다.

첨두도면 8에서와 같이 첨부도면 9는 포토닉 복합 컴포넌트의 쿼드러플 픽셀을 보여주는 것으로, 첨부도면 6에서 도시된 잠재적 경사도와는 달리 바람직하기에 포텐셜U₀로 나타나는 센트럴 스퀘어 미들 게이트를 사용하고 있다.

첨부도면 9에서와 같이 첨부도면 14에서는 디지털 변조 시그날을 인식할 수 있는 구조를 갖는 포토닉 복합 컴포넌트를 이용한 쿼드러플 픽셀을 보여 주고 있다. 적당한 스퀘어 변조 포토게이트 사이에 배치된 미들 게이트U₀는 첨부도면 9에서 도시한 것과 동일한 방법으로 변조 포토닉 볼테이지를 얻는 포텐셜 경사도를 얻게 된다.

결국, 첨부도면 13은 위에서 이미 기술한 본 발명의 바람직한 구현예에서 가장 바람직한 픽셀을 보여주는 것으로, CCD 뿐만 아니라 전자 픽셀을 리드 아웃하거나 시그날을 먼저 실행하는 장치(15)를 이용하는 CMOS를 실행하여 얻게 된다. 이 경우 챠지를 전환시키기 위한 차지 캐리어의 변조 볼테이지에 달려 있는 드리프트의 작동모드는 위에서 기술한 실시예에서와 동일하게 실행하게 된다. 첨부도면 13의 실시예에서 실시하는 과정상 다른 차이는 누적 게이트G_a와 G_b를 드리프트하는 차지q_a와 q_b에 대한 실행의 방법에 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 누적게이트G_a와 G_b는 블록화된 pn 다이오드의 형태로 이루어진다. 양의 값을 갖는 경사도 누적게이트G_a와 G_b는 첨부도면 13에서 도시된 바와 같이 p-Si제(3)가 적당하게 도핑된 n₊전극 형태로 형성되어 있다. 부동확산 작동모드 또는 고저항 볼테이지 리드아웃 모드로 알려져 있으며 CCD를 사용하는 경우에 있어서, 차지q_a와 q_b는 누적게이트G_a와 G_b의 캐피던스를 적분하여 얻게 되고 볼테이지값 형태로 고저항 모드에서 읽을 수 있게 된다.

물론, 전류를 읽기 위한 모드를 사용하여 광생성 차지 캐리어를 얻기 위해 포텐셜을 적분하여 얻을 뿐만 아니라 각 누적게이트G_a와 G_b을 접속하여 적당한 전류 읽기 회로를 이용하는 방법으로 출력 확산의 방법으로 계속 통과시키게 된다. 그러고 나서 이 차지는 각각의 외부 커패시트를 적분하게 된다.

전류를 피드 백시켜서 누적 게이트 볼테이지를 일정하게 얻을 수 있는 전류 리드 아웃 모드의 리드 아웃 회로는 픽셀의 강한 조사로 상기 누적 차지량q_a와 q_b이 반응의 결과나 포텐셜의 오버 플로워는 아니다. 그래서 상기 포토닉 복합 컴포넌트의 에너지 발생은 향상되는 것이다. 물론, 변조 게이트의 절연층이 향상된 n 체널(매복층)을 포함하는 상술한 특정 분야의 경우 한계 주파수 내에서 증가하게 된다.

CMOS를 이용하여 포토닉 복합 컴포넌트를 구성하는 것은 활성 픽셀디자인(APS)을 사용할 수 있게 되는데, 각 픽셀에 있어서 리드 아웃과 시그날 예비처리 회로가 포토닉 복합 컴포넌트를 적분할 수 있게 해 준다. 이것은 시그날이 외부 회로를 통과하기 전에 픽셀에서 직접 전자시그널에 대한 여비 처리를 가능하게 해 준다. 특히, 이와 같은 방법은 칩에서 직접 상과 진폭에 대한 정보를 계산하여 그 측정율을 더욱 강화시켜 주게 된다.

본 발명에 따른 다른 배열은 2차원적인 포토닉 복합 컴포넌트 배열을 적절하게 사용하여 3차원적 전자 물질 조사를 할 수 있게 하고 다양한 물질의 형상, 위치, 색상, 분극, 속도 벡터, 밝기 또는 물질의 속성에 대한 조합 등과 같은 검사기준에 대하여 나타내는 활성적이거나 양성적인 물질의 절차를 추적할 수 있게 된다. 일예로, 알려지지 않은 광파의 입사에 대한 3차원으로 측정에서 가변 변조 시그널(예로, 주파수 또는 코드 변경)이 통과하게 되면, 디퍼런스 드리프트 전류의 판단기준으로 로컬 상관관계가 0과 같지 않다는 것을 발견하게 되고, 이에 따라 대상범위에 대하여 보다 정확하게 계속 측정하게 되고, 만일 그 범위가 변하게 되면 이미지 깊이를 포함하는 레귤레이팅 루프를 이용하여 추적하게 된다.

상기 포토닉 복합 요소는 후술하는 가변 작동 모드를 사용하게 된다.

이러한 누적 게이트G_a와 G_b에서 차치에 대한 합이 줄어들면 광파에 대한 토탈 입사강도는 T가 적분시간으로 하는 q_a+q_b= const.*P_opt,ges*T 와 일치하게 된다.

다른 차지는여러개의 인자에 따라 달라지게 되며, 입사된 광파를 측정하기 위한 방법으로 사용된다. 이러한 목적을 실현하기 위하여 첨부도면 3a에서 도시한 바와 같이 항상 P₀〉 = P_m로 나타나는 기본 휘도를 고려하게 된다.

예를 들어 변조된 광을 조사하는 트랜스미터(4)로부터 조사된 빛을 받는 대상(6)을 측정할 때, 상기 트랜스미터 파워는 온/오프 되면서 Pm이 0으로 한정되거나 같아지게 된다. 동시에, 상기 변조 볼테이지U_m(t)는 0이 되거나 트랜스미터를 이용하는 배열로 접속되어 입사광을 포함하게 되고, 적분이 일어나는 시간 동안에는 볼테이지U_m0가 일정하게 유지된다.

이에 맞게 P₀≠ 0이면 다음과 같은 4가지의 중요한 작동모드를 얻게 된다.

1) P_m= 0이고 U_m= 0에 대하여 △q_ab= 0

2) HF변조 시그날에서 유한값 P_m과 U_m(t)를 가질 때 △q_ab= 0

3) 함수 U_m(t)가 한정값 P_m과 고주파수 변조 볼테이지△q_ab를 포함할 때 상대적인 트랜시트 타임 시프트(τ)와 이와 같은 방법으로 변조된 입사에 대한 광 파워 컴포넌트P_m(t)

4) 적분이 계속되는 시간(T)에 입사 평균 광 휘도P₀와 일정 변조 볼테이지U_m0가 디퍼런스 차지△q_ab로 함수 U_m0로 나타나는 평균 광 파워P₀

휘도 변조가 아닌 광파의 경우에, 본 발명에 따르는 배열은 포토닉 복합 요소가 일예로 보여준 2D 이미지 처리방법과 같은 가능한 4가지 작동모드를 따르도록 조치를 취하게 된다.

이 경우 각 복합 요소는 개개가 명확하고도 독립적으로 활성화 되는데, 일예로 RAM 컴포넌트를 수단으로 적당한 U_m0을 얻을 수 있도록 각각 덮어 쓰기 위한 변조 볼테이지어를 픽셀조합으로 활성화하게 된다. 바람직하기로 측정은 단지 U_m0와 비례하여 근접하게 얻어지는 디퍼런스 차지Τ*Δi_ab와 디퍼런스 드리프트 커런트Δi_ab에 대하여 유리하게 값을 얻을 수 있다. 이러한 경우 변조 볼테이지U_m0는 각각 변조 볼테이지 워드로부터 벗어나게 된다.

이러한 방법은 Um(t)가 상술한 예에서와 같이 비주기적이 아닌 실제 사용으로 주기적으로 배치되거나 이에 유사한 주기로 진행되는데, 일예로 미리 설정된 이미지 컨텐트 또는 측정된 이미지 컨텐트를 이용하게 된다. 따라서, U_m(t) = 0이서는 모든 디퍼런스 커런트가 0이고 이에 따라 조합된 다른 이미지D(x,y)도 진폭과 휘도가 0의 값을 갖게 된다.

이와 같이 다른 이미지의 휘도는 U_m(x,y,t)의 변화에 영향을 받아 확정된다.

본 발명에 따르는 광파나 이미지를 측정하는 방법에 있어서, 비변조된 것이라도 세터블 웨이팅 함수 G(x,y,t) = k₁*U_m(x,y,t)로 나타나는 가변적인 이미지 처리를 할 수 있으며, 그 예로 상술한 제어가능하고 픽셀화되어 연관된 메모리 셀이나 깊이에 대한 정보를 제외하고 대상을 측정하고 추적하기 위한 사용 등으로 처리가능하다.

Claims (34)

1. 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법은

   - 적어도 두 개 이상의 광감지 변조 게이트 G_am및 G_bm와, 관련된 어큐뮬레이션 게이트 G_a및 G_b를 갖는 하나 이상의 픽셀을 포함하는 포토닉 혼합 요소의 표면상에 전자파가 조사되는 단계;

   - 변조 포토게이트 G_am및 G_bm와 변조 포토게이트 전압 U_am(t) U_bm(t)은 U_am(t)=U₀+U_m(t)와 U_bm(t)=U₀-U_m(t)의 형성에 적용되는 단계;

   - 어큐뮬레이션 게이트 G_a및 G_b는 변조 전압 U_m(t)의 진폭과 U₀의 합계의 크기만한 dc 전압으로 적용되는 단계;

   - 입사 전자파에 의하여 변조 포토게이트 G_am및 G_bm의 차지 영역 공간에서 발생된 차지 캐리어는 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 극성에 의존하여 표류 필드의 포텐셜 기울기에 노출되고, 어큐뮬레이션 게이트 G_a및 G_b로 표류하는 단계;

   - 각각의 어큐뮬레이션 게이트 G_a및 G_b에 표류된 차지 q_a와 q_b가 꺼지게 되는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, - 휘도- 변조된 전자파는 트랜스미터에 의하여 조사되고,

   - 사물에 의하여 반사된 전자파는 포토닉 혼합 요소의 표면에 방사되며,

   - 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)은 트랜스미터에 의하여 조사된 전자파의 위상과 관련된 고정적 위상이며,

   - 발생된 차지 캐리어는 푸시-풀 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 위상에 의존하는 표류 필드의 포텐셜 기울기에 노출되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 트랜스미터에 의하여 조사된 두 개의 다른 위상 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 Δφ₁,Δφ₂를 변동시키고, 차지 q_a1과 q_b1뿐만아니라 q_a2와 q_b2는 제거되고, 차지 차이 (q_a1- q_b1)과 (q_a2- q_b2)가 형성되며 관련된 방정식은 아래와 같으며 ,

   ,,

   상기 입사 전자파의 픽셀 위상 φ_opt는 트랜스미터에 의하여 조사된 전자파의 위상에 대하여 감지되고, 픽셀에 의하여 감지된 전자파의 전이 시간이 감지되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 4개의 변조 포토게이트 G_am, G_bm, G_cm, G_dm와 4개의 관련된 어큐뮬레이션 게이트 G_a, G_b, G_c, G_d와, 트랜스미터에 의하여 조사된 전자파의 위상과 비례하는 변조 포토게이트 전압 U_am(t) = U₀+ U_m1(t)와 U_bm(t) = U₀- U_m1(t)과 U_cm(t) = U₁+ U_m2(t)와 U_dm(t) = U₁- U_m2(t) 의 두개의 다른 위상과, 동시에 차지 q_a, q_b, q_c, q_d는 분리되어 제거되고, 그 방정식은

   이다.

   트랜스미터에 의하여 조시된 전자파의 φ_opt과 픽셀에 의하여 수신된 전자파의 전이시간이 감지되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   - 포토닉 혼합 요소는 다수의 픽셀을 갖고,

   - 적어도 하나의 픽셀은 트랜스미터로 부터의 휘도 변조 전자파의 일부와 함께 조사되며,

   - 조사된 전자파와 변조 포토게이트 전압 U_am(t), U_bm(t)간의 위상 변동의 측정은 상기 픽셀로 측정된 위상 변동으로 부터 실행되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, - 독립적으로 야기되고 알려지지 않은 휘도 변조를 갖는 전자파는 포토닉 혼합 요소의 표면으로 방사된다

   - 변조 포토게이트 U_am(t) U_bm(t)은 조정 가능한 변조 제너레이터에 의하여 발생된다.

   - 차지 캐리어는 푸시-풀 변조 포토게이트 전압 U_am(t)과 U_bm(t)의 위상을 기반으로 하는 표류 필드의 포텐셜 기울기에 노출된다.

   - 포토닉 혼합 요소와 변조 제너레이터는 적어도 하나의 위상-로크 루프를 형성하고, 전자파는 로크-인 방법으로 측정되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 연속적이거나 비연속적인 HF-변조, 푸세이도(pseudo)-소음 변조 또는 처프 변조는 주기적인 변조로 사용되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 변조는 HF-변조이고, 바람직하게는 위상 변동 Δφ=0°/180°와 90°/270°을 위한 차지 q_a,q_b,q_c,q_d가 제거되는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 정상상태 변조는 시간설정에 대하여 일정한 값으로 설정가능한 변조 dc 볼테이지U_mo와 차지 q_a와 q_b의 차로부터 얻어지는 디퍼런스 이미지를 갖는 변조 포토게이트 볼테이지 U_am= U₀+ U_m0와 U_bm= U₀- U_m0를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 누적 게이트G_a와 G_b보다 낮은 값을 갖는 차지 q_a와 q_b는 하나로 합쳐져서 다양한 구조, 바람직하기로는 CCD 구조로 읽을 수 있게 된 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 누적게이트 G_a와 G_b는 pn 다이오드 형태로 사용하되, 바람직하기로는 블럭화된 저커패시티 pn 다이오드와 CMOS를 사용하고, 차지 q_a와 q_b, 그리고 q_c와 q_d는 볼테이지나 전류 형태로 직접 읽을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 픽셀 위상 또는 픽셀 트랜시트 타임과 픽셀 휘도는 활성 픽셀 센서 구조(APS)를 이용하여 직접 확인할 수 있고, 바람직하기로는 on-칩을 이용하여 선택적으로나 연속적으로 읽을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 픽셀 휘도는 각각 그레이 이미지의 누적 게이트에 대한 차지의 합으로서 각각 측정가능한 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 배경조명 또는 외부의 비변조된 부수적인 조명의 경우에 상기 그레이 이미지 차이는 변조된 조명이 켜지거나 반대로 꺼져 있을 때에 그 반대되는 보정변수를 이용하는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
15. 제 1 항에 있어서, 복수로 분리된 복합 요소는 선형, 표면 또는 공간적인 어레이로 사용하는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 적어도 하나의 픽셀은 조명으로부터 나오는 높게 변조된 전자기파의 일부를 직접 방사하고 적어도 하나의 픽셀에 대한 측정은 다른 위상과 휘도를 측정하여 이용하되, 상기 기준 픽셀(들)은 명암이 다른 레벨 또는 다른 셋의 레벨을 갖는 트랜스미터를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자파의 진폭정보와 위상을 감지하는 방법.
17. 적어도 하나의 픽셀(1)과; 적어도 2개의 광감지 변조 포토게이트(G_am, G_bm)과; 그리고, 상기 변조 게이트(G_am, G_bm)의 조합과 입사된 전자기파와 관련되어 차단시켜 주는 누적 게이트(G_a, G_b)로 구성된 포토닉 복합 요소로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
18. 제 17 항에 있어서, 미들 게이트(G₀)는 변조 게이트(G_am, G_bm) 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 픽셀(1)은 4개가 대칭으로 배치된 변조 포토게이트(G_am,G_bm,G_cm, G_dm)과 누적게이트(G_a,G_b,G_c,G_d)를 갖는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
20. 제 17 항에 있어서, 상기 누적 게이트(G_a,G_b,G_c,G_d)는 pn다이오드 형태로 형성되어 있으며, 바람직하기로는 블럭화되어 저용적 pn-다이오드 형태나 CMOS 형태로 형성되고, 상기 차지(q_a,q_b,q_c,q_d)는 직접 볼테이지나 전류를 읽을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
21. 제 17 항에 있어서, 최대 변조 속도를 향상시키기 위하여 상기 픽셀은 GaAs를 이용하여 제작되어 있으며, 더욱 바람직하기로는 매립체널형(매립형 n-체널)로 드리프트 필드를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
22. 제 17 항에 있어서, 상기 픽셀(1)은 분리할 수 있는 픽셀로 연결된 시그날 공정과 선형 또는 매트릭스와 연관된 시그날 공정을 포함하는 활성 픽셀 센서 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
23. 제 17 항 내지 제 22 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 음영은 변조 포토게이트의 테두리 영역으로 확장되는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
24. 제 17 항에 있어서, 적어도 2개의 포토닉 복합 요소를 갖는 복합 요소 배열에 있어서, 상기 포토닉 복합 요소는 1차원, 2차원, 또는 3차원으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 변조 포토게이트(G_am,n,G_am,n+1)와 (G_bm,n,G_bm,n+1)는 각각 주변에 인접하게 배열된 2개와 함게 상관하고, 서로 다른 픽셀(n,n+1)은 각각 공통의 누적 게이트(Gs)을 가지고 있으며, 상기 변조 포토게이트(G_am,n,G_am,n+1)와 (G_bm,n,G_bm,n+1)는 각각 동일한 변조 포토게이트의 볼테이지U_am(t)와 U_am(t)에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
26. 제 24 항에 있어서, 상기 복합 요소 배열에는 직접 방사하는 장치가 구비되어 있어 있되, 이 장치는 리퍼런스 픽셀로서 적어도 하나의 픽셀(1)을 포함하되, 해를 구하기 위해 트랜스미터에서 직접 픽셀에 방사된 고변조 전자기파의 일부를 이용하는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 직접 방사를 위한 장치는 직접 방사로부터 얻어지는 강도에 대한 공간/시간을 대신하는 변수가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
28. 제 27 항에 있어서, 1차원 또는 다차원의 복합 요소 배열에 있어서, 상기 픽셀(1)은 실리콘재(2) 상에 MOS로 구체화되고 바람직하기로는 CCD 구조와 같은 복합구조로 읽을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
29. 제 17 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 복합 요소 배열에는 마이크로렌즈 광학장치가 구비되어 있되, 상기 광학장치는 크기를 줄일 수 있도록 입사된 방사가 복합 요소의 중앙으로 집중되도록 마이크로렌즈로 이미지를 기록하는데 사용하는 각각의 복합 요소를 산출할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
30. 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치는

    - 장치 청구범위 17항에서 23 항중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 포토닉 혼합 요소를 가지며,

    - 변조 제너레이터(10,13)를 가지며,

    - 변조 제너레이터(10,13)에 의하여 휘도-변조된 조사된 전자파를 갖는 트랜스미터(4),

    - 사물(6)에 의하여 반사된 전자파가 상기 포토닉 혼합 요소의 표면으로 방사되며,

    - 트랜스미터로 부터 조사된 전자파의 위상에 관하여 미리 설정된 위상관계에 있는 변조 전압 U_m(t)을 갖는 포토닉 혼합 요소를 공급하는 변조 제너레이터(10,13)는 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
31. 제 30 항에 있어서, 상기 장치는 제 24 항에서 29항중 하나의 항에 따른 광학 시스템(7)과 혼합 요소 배열로 이루어지고, 상기 광학 시스템(7)은 혼합 요소 배열 또는 혼합요소의 표면상에 반사된 전자파의 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서, 차이 신호용 전자 평가와 신호처리 시스템, 합계 신호와 관련된 기준 신호, 그레이 값 화상을 위한 디지탈 메모리와 전이 시간 또는 거리 화상, 변조된 전자파를 갖는 3차원 모습을 비추기 위한 트랜스미터, 광학 수신 시스템에 대응하는 조절 가능한 광학 전달 시스템, 콤팩트 단위의 형성에 있어 3차원 디지탈 포토그래픽을 형성하는 광학 수신 시스템과 관련된 혼합요소 배열이 제공되는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
33. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서, 3차원으로 기록하는 디지탈 비디오 카메라를 형성하기 위하여 광학 수신 시스템과 관련된 혼합 요소 배열, 차이 신호용 전자 평가와 신호 처리 시스템, 합계 신호와 관련된 기준 신호, 그레이 값 화상 이미지와 전이 시간 또는 거리 화상을 위한 디지탈 메모리, 변조된 전자파를 갖는 3차원 모습을 조사하는 트랜스미터와, 광학 수신 시스템에 대응하는 조절 가능한 트랜스미팅 시스템이 제공되고, 디지탈 이미지 시퀀스의 저장을 위한 메모리 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.
34. 제 30 항에 있어서, 상기 트랜스미터는 칼라 화상 또는 칼라 화상 요소를 발생시키기 위한 다양한 스펙트랄 영역에서 광파가 발산되도록 하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자파의 위상 정보를 감지하는 장치.