JP7467657B2 - 深度取得部品および電子デバイス - Google Patents

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Description

本出願は、電気技術の分野に関し、特に、深度取得部品および電子デバイスに関する。
端末デバイスの発展に伴い、端末デバイスは、深度画像撮影を段階的に実施することができる。端末デバイスによって深度画像撮影を実施する原理を図1に示すことができる。端末デバイス11は、光を発し、光は、撮影対象12に到達した後に端末デバイス11に戻り、端末デバイス11は、光の往復時間に基づいて深度情報収集を実施する。
概して、深度画像撮影機能を有する端末デバイスは、光送信端と光受信端とを含み得る。光送信端は、通常、光を出力するように構成されたレーザ源を含む。レーザ源の走査を実施するために、微小電気機械システムミラー(micro electro mechanical systems mirror,MEMS mirror)が送信端に配置される必要がある。レーザ源によって放出された光ビームは、微小電気機械システムミラーを使用することによって角度走査を実施し、次いで、異なる角度で測定対象物に照射されて、特定の視野において深度測距を実施する。
しかしながら、従来技術における微小電気機械システムミラーのサイズは大きい。その結果、光送信端のサイズが大きくなり、電力消費およびコストが高くなる。
本出願の実施形態は、小型で電力効率の良い光送信端を実施するための回路支持体を提供するために、深度取得部品および電子デバイスを提供する。
第1の態様によれば、本出願の一実施形態は、レーザドライバアレイとレーザアレイとを含む深度取得部品を提供する。レーザアレイは、複数のレーザを含み、レーザドライバアレイは1つ以上の制御ユニットを含み、各制御ユニットは、レーザアレイ内の1つ以上のレーザの選択を制御するように構成される。制御ユニットは、第1のスイッチモジュールと、容量性モジュールと、第1の接続端とを含む。第1の接続端は、レーザの正電極に接続するように構成される。第1のスイッチモジュールは、第1の制御信号に基づいて、制御ユニットに対応するレーザを選択するように構成される。第1のスイッチモジュールの一端は、レーザドライバアレイの電圧入力端に電気的に接続され、第1のスイッチモジュールの他端は、第1の接続端に電気的に接続される。容量性モジュールの一端は、第1の接続端に電気的に接続され、容量性モジュールの他端は、接地される。本出願のこの実施形態では、1つ以上の制御ユニットは、レーザドライバアレイの充電ループ内に配置され、制御ユニットに対応するレーザは、制御ユニット内の第1のスイッチモジュールおよび容量性モジュールに基づいて柔軟に選択することができる。このようにして、レーザドライバアレイに基づいてレーザアレイの走査レーザ放出を実施することができ、微小電気機械システムミラーなどの走査デバイスを追加的に配置する必要がなく、で電力効率が高く費用効率が高い光送信端を実施するための回路支持体を提供することができる。
可能な設計では、第1のスイッチモジュールは、電界効果トランジスタと、誘導性電気部品と、一方向導通電気部品とを含む。電界効果トランジスタ、誘導性電気部品、および一方向導通電気部品は、直列に接続される。電界効果トランジスタのゲートは、第1の制御信号を受信するように構成され、一方向導通電気部品の負電極は、第1の接続端に接続される。誘導性電気部品は、充電ループに直列に接続されてLC回路モデルを形成し、その結果、充電効率を改善することができ、電圧入力端の入力電圧に対する要件も低減することができる。
可能な設計では、深度取得部品は、1つ以上の第1のパルス電流生成ユニットをさらに含む。第1のパルス電流生成ユニットは、第2の接続端を含み、第1のパルス電流生成ユニットは、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成され、第2の接続端は、レーザの負電極に接続するように構成される。これにより、レーザにパルス電流が発生し、レーザからパルス光が出射され得る。
可能な設計では、第1のパルス電流生成ユニットは、第1の電界効果モジュールと、第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールとをさらに含む。第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールは、第2の制御信号を受信するように構成される。第1の電界効果モジュールは、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成される。
可能な設計では、複数のレーザの負電極は電気的に接続され、各制御ユニットは、1つのレーザを制御するように構成される。各制御ユニットが1つのレーザを制御するための制御ロジックは単純であり、レーザを好適に制御することができる。
可能な設計では、各制御ユニットは、レーザの1つの行を選択するように構成され、レーザの行の正電極は、電気的に接続される。レーザ駆動回路は、1つ以上の第2のスイッチモジュールをさらに含む。各第2のスイッチモジュールは、レーザの1つの列を選択するように構成され、第2のスイッチモジュールは、レーザの列の負電極に電気的に接続される。1つ以上の制御ユニットの1つ以上の第2のスイッチモジュールおよび第1のスイッチモジュールは、互いに協働して任意のレーザを選択するように構成される。このようにして、任意のレーザが、第1のスイッチモジュールと第2のスイッチモジュールとの間の協働に基づいて選択され得る。
可能な設計では、レーザ駆動回路は、1つ以上の第2のパルス電流生成ユニットをさらに含む。第2のパルス電流生成ユニットは、1つ以上の第2のスイッチモジュールに接続され、第2のパルス電流生成ユニットは、第3の制御信号のパルス周期に基づいて、1つ以上の第2のスイッチモジュールに対応するレーザを制御して周期的に放電させるように構成される。
可能な設計では、第2のパルス電流生成ユニットは、第2の電界効果モジュールと、第2の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールとをさらに含む。第2の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールは、第3の制御信号を受信するように構成される。第2の電界効果モジュールは、第3の制御信号のパルス周期に基づいて、1つ以上の第2のスイッチモジュールに接続されたレーザ制御して周期的に放電させるように構成される。これにより、レーザを行単位で柔軟に制御することができる。
可能な設計では、第2のスイッチモジュールは、第3の電界効果モジュールと、第3の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールとを含む。第3の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールは、第4の制御信号を受信するように構成される。第3の電界効果モジュールは、第4の制御信号のパルス周期に基づいて、第3の電界効果モジュールに対応するレーザを制御して周期的に放電させるように構成される。
可能な設計では、容量性モジュールはキャパシタを含む。
第2の態様によれば、本出願の一実施形態は、1つ以上の制御ユニットと、電圧入力端とを含むレーザ駆動回路を提供する。
制御ユニットは、第1のスイッチモジュールと、容量性モジュールと、第1の接続端とを含む。第1の接続端は、レーザの正電極に接続するように構成される。第1のスイッチモジュールは、第1の制御信号に基づいて、制御ユニットに対応するレーザを選択するように構成される。第1のスイッチモジュールの一端は、電圧入力端に電気的に接続され、第1のスイッチモジュールの他端は、第1の接続端に電気的に接続される。容量性モジュールの一端は、第1の接続端に電気的に接続され、容量性モジュールの他端は、接地される。本出願のこの実施形態では、1つ以上の制御ユニットは、レーザ駆動回路の充電ループ内に配置され、制御ユニットに対応するレーザは、制御ユニット内の第1のスイッチモジュールおよび容量性モジュールに基づいて柔軟に選択することができる。このようにして、レーザ駆動回路に基づいてレーザアレイの走査レーザ放出を実施することができ、微小電気機械システムミラーなどの走査デバイスを追加的に配置する必要がなく、で電力効率が高く費用効率が高い光送信端を実施するための回路支持体を提供することができる。
可能な設計では、第1のスイッチモジュールは、電界効果トランジスタと、誘導性電気部品と、一方向導通電気部品とを含む。電界効果トランジスタ、誘導性電気部品、および一方向導通電気部品は、直列に接続される。電界効果トランジスタのゲートは、第1の制御信号を受信するように構成され、一方向導通電気部品の負電極は、第1の接続端に接続される。誘導性電気部品は、充電ループに直列に接続されてLC回路モデルを形成し、その結果、充電効率を改善することができ、電圧入力端の入力電圧に対する要件を低減することができる。
可能な設計において、レーザ駆動回路は、1つ以上の第1のパルス電流生成ユニットをさらに含む。第1のパルス電流生成ユニットは、第2の接続端を含み、第1のパルス電流生成ユニットは、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成され、第2の接続端は、レーザの負電極に接続するように構成される。これにより、レーザにパルス電流が発生し、レーザからパルス光が出射され得る。
可能な設計では、第1のパルス電流生成ユニットは、第1の電界効果モジュールと、第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールとをさらに含む。第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールは、第2の制御信号を受信するように構成される。第1の電界効果モジュールは、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成される。
可能な設計では、複数のレーザの負電極は電気的に接続され、各制御ユニットは、1つのレーザを制御するように構成される。各制御ユニットが1つのレーザを制御するための制御ロジックは単純であり、レーザを好適に制御することができる。
可能な設計では、各制御ユニットは、レーザの1つの行を選択するように構成され、レーザの行の正電極は、電気的に接続される。レーザ駆動回路は、1つ以上の第2のスイッチモジュールをさらに含む。各第2のスイッチモジュールは、レーザの1つの列を選択するように構成され、第2のスイッチモジュールは、レーザの列の負電極に電気的に接続される。1つ以上の制御ユニットの1つ以上の第2のスイッチモジュールおよび第1のスイッチモジュールは、互いに協働して任意のレーザを選択するように構成される。このようにして、任意のレーザが、第1のスイッチモジュールと第2のスイッチモジュールとの間の協働に基づいて選択され得る。
可能な設計では、レーザ駆動回路は、1つ以上の第2のパルス電流生成ユニットをさらに含む。第2のパルス電流生成ユニットは、1つ以上の第2のスイッチモジュールに接続され、第2のパルス電流生成ユニットは、第3の制御信号のパルス周期に基づいて、1つ以上の第2のスイッチモジュールに対応するレーザを制御して周期的に放電させるように構成される。
可能な設計では、第2のパルス電流生成ユニットは、第2の電界効果モジュールと、第2の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールとをさらに含む。第2の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールは、第3の制御信号を受信するように構成される。第2の電界効果モジュールは、第3の制御信号のパルス周期に基づいて、1つ以上の第2のスイッチモジュールに接続されたレーザ制御して周期的に放電させるように構成される。これにより、レーザを行単位で柔軟に制御することができる。
可能な設計では、第2のスイッチモジュールは、第3の電界効果モジュールと、第3の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールとを含む。第3の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールは、第4の制御信号を受信するように構成される。第3の電界効果モジュールは、第4の制御信号のパルス周期に基づいて、第3の電界効果モジュールに対応するレーザを制御して周期的に放電させるように構成される。
可能な設計では、容量性モジュールはキャパシタを含む。
第3の態様によれば、本出願は、第1の態様、および第1の態様の可能な実施による深度取得部品を含む電子デバイスを提供する。
電子デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、カメラ、またはウェアラブルデバイスなどの端末デバイスを含んでもよいが、これらに限定されない。
第3の態様において提供される電子デバイスの有益な効果および第3の態様の可能な設計については、第1の態様によってもたらされる有益な効果および第1の態様の可能な実施を参照されたい。ここでは詳細を繰り返さない。
深度画像取得シナリオの概略図である。 可能な走査構造の概略図である。 深度測定技術の概略走査図である。 照射シナリオの概略的な走査図である。 別の照射シナリオの概略走査図である。 さらに別の照射シナリオの概略走査図である。 第1のレーザ選択シナリオの概略図である。 第2のレーザ選択シナリオの概略図である。 第3のレーザ選択シナリオの概略図である。 第4のレーザ選択シナリオの概略図である。 第5のレーザ選択シナリオの概略図である。 レーザアレイの構造を示す模式図である。 レーザアレイ駆動回路の概略図である。 レーザアレイの別の構造の概略図である。 可能なレーザアレイ駆動回路の概略図である。 本発明の一実施形態によるレーザ駆動回路の概略図である。 本出願の一実施形態による別のレーザ駆動回路の概略図である。 本発明の一実施形態によるさらに別のレーザ駆動回路の概略図である。 本出願の一実施形態によるレーザ駆動回路の動作時間シーケンスの図である。 方形波パルス信号の概略図である。 本出願の一実施形態によるさらに別のレーザ駆動回路の概略図である。 本出願の一実施形態によるさらに別のレーザ駆動回路の概略図である。 本出願の一実施形態による第1のスイッチモジュールの概略回路図である。 第1のスイッチモジュールの可能な概略回路図である。 本出願の一実施形態による深度取得部品の動作原理の概略図である。
この出願の実施形態の目的、技術的解決策、および、利点をさらに明確にするために、以下は、この出願の実施形態における添付図面を参照して、この出願の実施形態における技術的解決策を明確に且つ完全に説明する。説明される実施形態は、この出願の実施形態の全てではなく単なる一部にすぎないことは明らかである。本出願の実施形態に基づいて当業者によって難なく得られる全ての他の実施形態は、本出願の保護範囲に入るものとする。
本出願の実施形態では、「少なくとも1つ」は1つ以上を意味し、「複数」は2つ以上を意味する。用語「および/または」は関連付けられた対象間の関連付け関係を記述し、3つの関係を示し得る。例えば、Aおよび/またはBは、Aのみが存在する、AとBの両方が存在する、およびBのみが存在する場合を表すことができる。AおよびBは、単数形であっても複数形であってもよい。記号「/」は通常、関連付けられた対象間の「または」関係を示す。
加えて、本出願の実施形態では、「第1」、「第2」、「第3」などの用語(もしあれば)は、同様の対象を区別することを意図しているが、必ずしも特定の順序または順番を示すものではない。そのように呼ばれるデータは、本明細書に記載される本出願の実施形態が本明細書に例示され、または記載される順序以外の順序でも実施されることができるように、しかるべき状況において相互に交換可能であることが理解されるべきである。
端末デバイスによって深度画像を取得する方式は、レーザ源が必要とされるかどうかに基づいて、2つのタイプ、すなわち、パッシブ測距センシングおよびアクティブ深度センシングに分類され得る。パッシブ測距センシングの方式では、端末デバイスは、レーザ光源を使用することによって光を送信する必要がない。アクティブ深度センシングの方式では、端末デバイスは、レーザ光源を使用することによって光を送信する必要がある。
パッシブ測距センシングでは、両眼立体視(または赤緑青(red green blue,RGB)両眼と称される)技術を使用することができる。可能な実施では、同じシナリオにおける2つの画像が、互いから特定の距離にある2つのカメラを使用することによって同時にキャプチャされてよく、2つの画像における対応する画素が、ステレオマッチングアルゴリズムにしたがって見つけられ、視差情報が、三角形原理にしたがって計算される。視差情報は、シナリオにおける物体の深度情報を変換して表してもよい。別の可能な実施では、シナリオの深度画像は、ステレオマッチングアルゴリズムにしたがって、同じシナリオにおいて異なる角度で画像のグループを撮影することによって取得され得る。また、映像の明るさ特徴、輝度特徴などの特徴を分析して間接的に推定して深度情報を獲得することもできる。
パッシブ測距センシングの方式において、深度画像の計算は、通常、画像の画素に関連することが理解され得る。したがって、深度画像は、通常、カラー画像に基づいて取得される。
アクティブ深度センシング方式において、測定原理は、図1に対応して説明することができ、深度映像の獲得は、カラー映像の獲得と独立的である。飛行時間(time of flight,TOF)技術、構造化光技術などの技術が、能動深度センシングの方式で使用され得る。TOF技術は、間接飛行時間(indirect time of flight,ITOF)技術および直接飛行時間(direct time of flight,DTOF)技術を含み得る。
表1は、深度映像の獲得において、ITOF技術、DTOF技術、RGB両眼技術、および構造化光技術の間の比較を示す。
Figure 0007467657000001
低消費電力でハードウェアサイズが小さいITOF技術、RGB両眼技術、および構造化光技術の測定距離は、短いことが分かる。測定距離が長いDTOF技術は、消費電力が高く、ハードウェアサイズが大きい。
携帯電話などのモバイル端末のサイズおよび電力消費の制限により、高い電力消費および大きなハードウェアサイズを有する現在のDTOF技術は、携帯電話などのモバイル端末に適用することができない。
携帯電話などのモバイル端末の発展に伴い、携帯電話などのモバイル端末は、深度画像における距離に対してますます高い要求を有する。したがって、DTOF技術は携帯電話などのモバイル端末に実施されることが予想され、ハードウェアサイズおよび電力消費に関する携帯電話などのモバイル端末の要件を満たすために、DTOF技術を実施するためのハードウェアのサイズおよび消費電力を小さくする必要がある。
DTOF技術の実現において、より重要な部分は、レーザ光源による測定対象物の走査を実現することである。
例えば、DTOF技術が、自己駆動光検出および測距(light detection and ranging,LIDAR)システムの深度測距に適用されるとき、レーザ源によって放出される光は、特定の空間角度を走査する必要がある。
例えば、図2は、LIDARシステムにおけるDTOF技術の実施の概略図である。レーザ源の走査を実施するために、レーザ源からの光ビームが最初にMEMS mirrorを通過し、MEMS mirrorを使用することによって角度走査が実施され、異なる角度の測定対象が光ビームによって照射され、次いで、光ビームが受信端センサに戻る。このようにして、特定の視野における深度測距が実施される。
例えば、図3は、自己駆動DTOF技術における走査プロセスにおける3回の走査の概略図である。各走査において、レーザ光源から出射されたレーザ光が走査する空間角をθ、レーザ光の広がり角をφとする。したがって、レーザおよびDTOFシステムの視野(Field of View,FOV)は、両方ともθ×φである。
しかしながら、図2のDTOF技術の実施では、微小電気機械システムミラーを配置する必要があるため、ハードウェアサイズが大きい。加えて、微小電気機械システムミラーは頻繁に回転する必要があるため、デバイスの高い電力消費、低い信頼性、および短い耐用年数という問題がさらに存在し得る。したがって、DTOF技術は、ハードウェアサイズおよび電力消費の両方について低い要件を有するデバイスに適用することができない。
さらに、DTOF技術におけるレーザ源走査の実施が分析される。レーザ源走査の本質は、刺激型シナリオに対してブロック走査を実施することである。
例えば、図4、図5、および図6は、刺激型シナリオの3つの走査プロセスの概略図である。
図4から図6に示されるように、刺激型シナリオ0300内のM*N(MおよびNは両方とも正の整数)個のブロックが走査されるとき、M*N個のシナリオブロックは、送信端006によって放出される出力光005の角度を調整することによって別々に走査され得る。走査のたびに、送信端006のレーザ源によって送信された出力光005は、M*N個のシナリオブロックのうちの1つを走査して刺激することができ、受信端013は、シナリオブロックのうちの1つから戻された入力光012を受信して、出力光005および入力光012の往復持続時間に基づいてシナリオブロックのうちの1つの深度を計算することができる。
刺激型シナリオにおいてM*N個のブロックの走査を実施するための可能な方法は、レーザアレイ内のM*N個のレーザを別個にオンにすることであってもよく、各レーザは、シナリオブロックのうちの1つに対して走査および刺激を実施してもよい。
例えば、図7、図8、図9、図10、および図11は、M*Nレーザアレイに基づいて刺激型シナリオの走査を実施する概略図である。
図7~図11に示すように、ドライバアレイ003は、レーザアレイ002内の1つ以上のレーザを個別に駆動してオンにすることができ、オンにされたレーザは、レーザに対応する領域の走査を実施することができる。例えば、図7、図8、および図9において、1つのレーザを毎回オンにして、1つのシナリオブロックを走査することができる。図10では、シナリオブロックの行に対して走査および刺激を実施するために、レーザの行が同時にオンにされ得る。図11では、刺激型シナリオに対して完全な走査および刺激を実施するために、全てのレーザを同時にオンにすることができる。
すなわち、レーザアレイ内のレーザの柔軟な選択に基づいて、刺激型シナリオに対する柔軟な走査および刺激が実施される。
レーザの柔軟な選択が実施されるとき、考えられ得る解決策は、レーザアレイ内のM*N個のレーザが独立して配置されることである。図12に示すレーザアレイにおいて、白抜きの接続点は、電気的に接続されていない十字であり、各レーザのP電極とN電極は独立している。したがって、異なる電界効果トランジスタをスイッチとして使用して、レーザを別々に制御し、レーザの柔軟な選択を実施することができる。
例えば、図12に対応するレーザアレイと駆動回路を図13に示す。レーザ130のうちの1つに関して、電界効果トランジスタ131および電界効果トランジスタ131のゲートドライバ132は、レーザの放電ループ内に配置されてもよい(レーザの一方向導通特性に起因して、レーザの正電極に接続された電気部品によって形成されるループは概して充電ループと称され、レーザの負電極に接続された電気部品によって形成されるループは放電ループと称される)。電界効果トランジスタ131は、制御信号生成モジュールによって生成された制御信号に基づいてオンまたはオフに制御されてもよい。電界効果トランジスタ131がオンになると、レーザ130が接地され、レーザ130に電流が流れてレーザがオンになる。
しかしながら、図13に示すレーザアレイおよび駆動回路では、独立したレーザを用いているため、M*N個の領域におけるレーザおよびM*N個の電界効果トランジスタのサイズが非常に大きい。したがって、レーザアレイおよび駆動回路は、携帯電話がサイズに対して非常に高い要件を有する適用シナリオには適していない。
サイズに対する要求が高い携帯電話に使用されるレーザアレイについては、概して、レーザアレイ内の全てのレーザのN個の電極が互いに接続される。図14は、N個の電極が接続されたレーザアレイを示す。白抜きの接続点は電気的接続のない十字を表し、黒塗りの接続点は電気的接続のある十字を表す。
図14のレーザアレイについて、図13のレーザ制御概念を参照すると、理解され得る解決策は、図15に示されるように、電界効果トランジスタおよび対応するゲートドライバが、各レーザの放電ループ内に配置され、制御信号に基づいて、電界効果トランジスタがオンまたはオフにされるように制御することである。
しかしながら、レーザのN個の電極は互いに接続される。したがって、電界効果トランジスタをオンにすると、全てのレーザに電流が流れ、全てのレーザがオンになる。したがって、図15の駆動の解決策は、レーザの柔軟な選択を実施することができない。
これに基づいて、本出願の実施形態は、レーザ駆動回路を提供する。レーザは、放電ループにおいて制御されない。代わりに、1つ以上の制御ユニットがレーザ駆動回路の充電ループ内に配置される。制御ユニット内の第1のスイッチモジュールおよび容量性モジュールは、充放電ループを形成することができ、その結果、レーザの柔軟な選択が実施される。したがって、このレーザ駆動回路に基づいてレーザアレイを走査することができ、微小電気機械システムミラーなどの走査デバイスを別途配置する必要がない。このようにして、小型で、電力効率が高く、費用効率が高い光送信端を実施するための回路支持体を提供することができる。
特定の用途において、充電ループ内に制御ユニットを設定することは、レーザの柔軟な選択を実施することができるだけでなく、他の態様において放電ループ内のレーザを制御することよりも良好である可能性がある。
例えば、DTOF実施では、放電ループのパルス電流は、ピーク値(例えば、最大60A)、高繰り返し率(例えば、最大5MHz)、および短い立ち上がり/立ち下がり時間周期(例えば、1ns未満)である。これは、放電ループ内に配置された電気スイッチに非常に高い要件を課す。これらの性能要件に起因して、スイッチの選択のためにGaNベースのMOSトランジスタを使用する必要があり、スイッチのコストが高くなり、体積が大きくなる。特に、M*Nアレイが大きいとき、競合はより顕著である。
しかしながら、非常に高い繰り返し率(例えば、典型的には30Hz~120Hz)は、充電ループにおいて必要とされない。充電ループのピーク電流は、実際の動作パルス電流よりもはるかに低くなるように調整することができる。充電時間は、ナノ秒レベルである必要はなく、要件を満たすためにミリ秒レベルであればよい。したがって、充電ループ内に制御ユニットを設置することは、スイッチに対する要件を大幅に低減し、スイッチ回路のサイズおよびコストを低減することができる。
まず、本出願の実施の形態における用語について説明する。
本出願の実施形態で説明される電気接続は、ワイヤ、電磁気、電気部品などを通して実施される接続を含んでもよい。電流は、電気的に接続された2つのデバイスの間をことができる。
本出願の実施形態で説明されるスイッチモジュールは、電界効果トランジスタ(field-effect transistor,FET)であってもよい。例えば、電界効果トランジスタは、接合型電界効果トランジスタ(junction field-effect transistor,JFET)、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(metal oxide semiconductor FET,MOSFET)、およびV溝金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(V-groove metal-oxide semiconductor FET,VMOSFET)の3つのタイプを含んでもよい。MOSFETは、N型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(NMOSFET、略してNMOSトランジスタ)およびP型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(PMOSFET、略してPMOSトランジスタ)の2つのタイプを含み得る。代替的に、スイッチモジュールは、集積チップなど、電界効果トランジスタの同様の機能を実施するように構成されたデバイスであってもよい。これは、本出願の実施形態では特に限定されない。
本出願の実施形態で説明される容量性モジュールは、エネルギー貯蔵機能を有し、回路状態に基づいて充電または放電され得る。例えば、容量性モジュールは、キャパシタ、キャパシタ部品、またはキャパシタと同様の機能を実現可能なチップ、部品などであってもよい。これは、本出願の実施形態では特に限定されない。
本出願の実施形態で説明される誘導性電気部品は、インダクタ、インダクタ部品、またはインダクタの機能と同様の機能を実施することができるチップ、部品などであってもよい。これは、本出願の実施形態では特に限定されない。
本出願の実施形態で説明される一方向導通部品は、一方向導通機能を実施することができるダイオード、ダイオード部品、またはチップ、部品などであってもよい。これは、本出願の実施形態では特に限定されない。
図16は、本発明の一実施形態によるレーザ駆動回路の概略回路図である。図16は、制御ユニット160および電圧入力端161を含むレーザ駆動回路の概略図である。
制御ユニットは、第1のスイッチモジュール1601と、容量性モジュール1602と、第1の接続端1603とを含む。第1の接続端1603は、レーザの正電極に接続するように構成される。
制御ユニット160は、レーザ駆動回路の充電ループ内に配置される。具体的には、第1のスイッチモジュール1601の一端は、電圧入力端161に電気的に接続され、第1のスイッチモジュール1601の他端は、第1の接続端1603に電気的に接続される。第1のスイッチモジュール1601は、第1の制御信号に基づいて、制御ユニットに対応するレーザ162を選択するように構成される。容量性モジュール1602の一端は、第1の接続端1603に電気的に接続され、容量性モジュール1602の他端は、接地される。
レーザ162は、レーザドライバアレイに対応するレーザアレイに含まれ得ることが理解され得る。本出願のこの実施形態におけるレーザ駆動回路は、レーザ162を含まなくてもよい。図16に示されるレーザ162の目的は、本出願の本実施形態の動作原理をより明確に説明することであり、本出願の本実施形態におけるレーザ駆動回路に対する限定を構成しない。
本出願のこの実施形態では、第1のスイッチモジュール1601は、ゲート、ドレイン、およびソースを含み得る。ゲートは、第1の制御信号を受信するように構成され得る。第1の制御信号は、第1のスイッチモジュール1601をオンまたはオフに制御することができる情報、例えば方形波または正弦波であってもよい。ゲートおよびソースは、実際のアプリケーションに基づいて、電圧入力端161および第1の接続端1603に適応的に接続されてもよい。
図16に対応するレーザ駆動回路の動作原理は以下の通りである。第1の制御信号が第1のスイッチモジュール1601をオンにするように制御するとき、容量性モジュール1602が充電される。第1の接続端1603の電圧がレーザ162のターンオン電圧より大きい場合、電流がレーザ162を通過し、レーザ162がオンにされるように選択される。
所望により、図16に示されるように、レーザ駆動回路は、第1のパルス電流生成ユニット163をさらに含む。
第1のパルス電流生成ユニット163は、第2の接続端1631を含み、第1のパルス電流生成ユニットは、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、第2の接続端1631を制御して周期的に放電させるように構成される。第2の接続端1631は、レーザの負電極に接続するように構成される。
レーザをオンにすると、通常、パルス電流を用いてパルス光を発生させる。したがって、本出願のこの実施形態では、レーザ駆動回路は、第1のパルス電流生成ユニット163をさらに含み得る。第1のパルス電流生成ユニット163は、第2の接続端1631を周期的に放電させることができる。第2の接続端1631が周期的に放電するとき、第2の接続端1631に接続されたレーザ162が選択されると、レーザ162に周期的に電流が流れ、すなわちレーザ162にパルス電流が流れ、レーザ162はパルス光を発生することができる。
所望により、第1のパルス電流生成ユニット163は、第1の電界効果モジュール1632と、第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュール1633とをさらに含む。第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュール1633は、第2の制御信号を受信するように構成される。第1の電界効果モジュール1632は、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成される。
本出願のこの実施形態では、第2の制御信号は、パルス信号であってもよく、第2の制御信号は、第1の電界効果モジュール1632が周期的にオフまたはオンにされるように制御してもよい。第1の電界効果モジュール1632がオンになると、第2の接続端1631が接地されて放電する。
特定の用途では、第1の電界効果モジュール1632がオンにされるときにレーザ162を通って流れる電流を低減するために、実際の用途シナリオに基づいて第1の電界効果モジュール1632と接地端子との間に抵抗器などがさらに追加され得ることが理解され得る。これは、本出願のこの実施形態では特に限定されない。
図17は、本発明の一実施形態による別のレーザ駆動回路の概略回路図である。図17は、M*N個の制御ユニット170を含むレーザ駆動回路の概略図である。MおよびNは、実際の適用シナリオに基づいて設定されてもよい。これは、本出願のこの実施形態では特に限定されない。
図17に示すように、各制御ユニット170は、1つのレーザを制御するように構成され、M*N個のレーザは、M*N個の制御ユニット170に対応し、M*N個のレーザの負電極(またはN電極と称される)は、全て接続される。
スイッチモジュール、容量性モジュール、および制御ユニット170内のレーザの正電極に接続するように構成された接続端については、図16の実施形態の説明を参照されたく、ここでの細部を繰り返し説明しない。
特定のプロセス実施において、本出願のこの実施形態における制御ユニット170の容量性モジュールは、容量性モジュールアレイとして設定されてよく、スイッチモジュールは、スイッチアレイとして設定されてよく、本出願のこの実施形態における電気的接続関係は、適応プロセスを使用することによって実施される。レーザ駆動回路の具体的な形態は、本出願のこの実施形態では限定されない。
第1の制御信号0002は、レーザの選択を制御するために、各制御ユニット170内のスイッチモジュールをオンまたはオフにするように制御し得る。
本出願のこの実施形態では、制御ユニット170は、レーザ駆動回路の充電ループ内に配置され、任意の制御ユニット170内のスイッチモジュールをオンにすることは、誤った電流が別のレーザ内に生成されることを引き起こさない。したがって、複数のレーザを柔軟に駆動することができる。
また、図17に示すように、レーザ駆動回路は、パルス電流生成ユニット172をさらに含み得る。パルス電流生成ユニット172については、特に、図16における実施形態の説明を参照されたく、ここでの細部を繰り返し説明しない。
第2の制御信号0001は、パルス電流生成ユニット172の電界効果トランジスタが周期的にオンになるように制御することができ、その結果、選択されたレーザにおいて、入力電圧0102、オンにされた制御ユニット170内の容量性モジュール、およびオンにされた制御ユニット170によって制御されたレーザが放電ループを形成し、パルス電流がレーザを通して流れ、レーザが選択されてオンにされ得る。
また、図18に示すように、レーザ駆動回路は、複数のパルス電流生成ユニット172をさらに含み得る。
特定の用途では、複数のレーザを同時にオンにすることができる。この場合、パルス電流生成ユニット172の電界効果トランジスタにおいて複数の電流が収束する。これにより、パルス電流生成ユニット172の過電流が発生し、パルス電流生成ユニット172が破損するおそれがある。
したがって、本出願のこの実施形態では、複数のパルス電流生成ユニット172がレーザ駆動回路に配置され、複数のパルス電流生成ユニット172は、第2の制御信号0001によって共同で制御され、その結果、シャント機能が達成されてパルス電流生成ユニット172を保護することができる。
実際の適用では、パルス電流生成ユニット172の数は、実際の適用シナリオに基づいて設定され得ることが理解され得る。これは、本出願のこの実施形態では特に限定されない。
図19は、図17または図18に対応するレーザ駆動回路の動作時系列図を示す。
図19に示すように、第2の制御信号0001はパルス信号であってもよく、レーザがパルス電流を生成するのを助けるために使用される。第1の制御信号0002は矩形波であってもよく、レーザを選択し、レーザの走査周波数を制御し、異なる走査方式を選択するために使用されてもよい。第1の制御信号0002の各周期のハイレベルは、制御ユニット内のスイッチモジュールSNをオンにすることができ、パルス電流は、SNによって制御されるレーザLDNに流れることができ、電圧入力端の電圧は、パルス電流のピーク値を制御することができる。したがって、レーザLDNは、パルス光0016を放出することができる。
例えば、第2の制御信号0001は、方形波パルス信号であってもよい。図20は、方形波パルス信号の概略図である。
方形波パルス信号において、パルス繰り返し周波数fは1kHz~1GHzの範囲で任意であり得、例えば200kHzであり得、パルス幅τは1ns~1msの範囲で任意であり得、例えば5nsであり得、パルスデューティ比は0.01%~50%の範囲で任意であり得、例えば1%であり得る。パルス電流の振幅Ipeakは、0~50Aの範囲で任意であり得、例えば20Aであってもよい。デューティ比は、τ/(1/f)、すなわちτ×fであってもよい。
第1の制御信号0002は、プログラム設定、回路構築などを通じて実際の適用シナリオに基づいて複数の制御ユニット内のスイッチモジュールをオンにするために使用され得ることに留意されたい。これは、本出願のこの実施形態では特に限定されない。
図21は、本発明の一実施形態による別のレーザ駆動回路の概略回路図である。図21は、M個の制御ユニット210およびN個の第2のスイッチモジュール211を含むレーザ駆動回路の概略図である。MおよびNは、実際の適用シナリオに基づいて設定されてもよい。これは、本出願のこの実施形態では特に限定されない。
本出願のこの実施形態では、レーザ駆動回路によって駆動されるレーザアレイにおいて、レーザの各行の正電極が電気的に接続され、各制御ユニット210は、レーザの1つの行を選択することができる。各列のレーザの負電極は電気的に接続され、各第2のスイッチモジュール211は、1列のレーザを選択することができる。任意のレーザが、M個の制御ユニット210とN個の第2のスイッチモジュール211との間の協働に基づいて選択され得る。
所望により、図21のレーザ駆動回路は、1つ以上の第2のパルス電流生成ユニット212をさらに含み得る。1つ以上の第2のパルス電流生成ユニット212は、1つ以上の第2のスイッチモジュール211に連結され、選択されたレーザにパルス電流が流れるようにする。
図21に対応するレーザ駆動モジュールの動作原理は、前述の実施形態の動作原理と同様であり、違いは、図21のレーザが、M個の制御ユニット210とN個の第2のスイッチモジュール211との間の協働に基づいて選択されることにある。図21のレーザ駆動モジュールの動作原理は、ここでは再び説明されない。
図22は、本発明の一実施形態による別のレーザ駆動回路の概略回路図である。図21とは異なり、図22では、列選択を実施するように構成されたスイッチモジュールが省略されている。レーザの各列の負電極が電気的に接続された後、レーザの各列の負電極は、行単位でレーザの柔軟な制御を実施するために、パルス電流生成ユニットに接続され得る。あるいは、図22のレーザ駆動回路において、1行以上のレーザを毎回制御することも考えられる。
図23は、本出願の一実施形態による第1のスイッチモジュールの概略図である。図23に示すように、第1のスイッチモジュール230は、電界効果トランジスタ2301と、誘導性電気部品2302と、一方向導通電気部品2303とを含む。
電界効果トランジスタ2301、誘導性電気部品2302、および一方向導通電気部品2303は、直列に接続されている。電界効果トランジスタのゲートは、第1の制御信号を受信するように構成され、一方向導通電気部品の負電極は、第1の接続端に接続される。
本出願のこの実施形態では、第1のスイッチモジュールは、レーザ駆動回路の充電ループ内に配置され、これは、充電ループの大きな電力損失を引き起こし得る。したがって、充電ループの電力損失を低減するために、第1のスイッチモジュールに対して適応処理が実行され得る。
電力損失を低減するために考えられる方法は、以下の通りであり得る。すなわち、図24に示すように、充電ループの充電ピーク電流を低減するために、抵抗器が充電ループに直列に接続される。しかし、抵抗器Rにも消費電力がある。したがって、充電ループの電力消費は依然として大きい。
したがって、本出願のこの実施形態では、図23に示すように、誘導性電気部品は、充電ループに直列に接続されてLC回路モデルを形成し、その結果、充電効率を改善することができ、電圧入力端の入力電圧に対する要件も低減することができる。LC回路の逆発振を抑制するために、一方向導通電気部品を直列に接続してパルス電流の一方向の流れを確保する。
本出願のこの実施形態におけるレーザ駆動回路は、端末デバイスの深度取得部品において使用され得る。
深度取得部品は、図17、図18、図21、または図22のレーザドライバアレイおよびレーザアレイを含んでもよい。レーザアレイは、複数のレーザを含む。レーザドライバアレイは、1つ以上の制御ユニットを含み、各制御ユニットは、レーザアレイ内の1つ以上のレーザの選択を制御するように構成される。制御ユニットは、第1のスイッチモジュールと、容量性モジュールと、第1の接続端とを含む。第1の接続端は、レーザの正電極に接続するように構成される。第1のスイッチモジュールは、第1の制御信号に基づいて、制御ユニットに対応するレーザを選択するように構成される。第1のスイッチモジュールの一端は、レーザドライバアレイの電圧入力端に電気的に接続され、第1のスイッチモジュールの他端は、第1の接続端に電気的に接続される。容量性モジュールの一端は、第1の接続端に電気的に接続され、容量性モジュールの他端は、接地される。本出願のこの実施形態では、1つ以上の制御ユニットは、レーザドライバアレイの充電ループ内に配置され、制御ユニットに対応するレーザは、制御ユニット内の第1のスイッチモジュールおよび容量性モジュールに基づいて柔軟に選択することができる。このようにして、レーザドライバアレイに基づいてレーザアレイの走査レーザ放出を実施することができ、微小電気機械システムミラーなどの走査デバイスを追加的に配置する必要がなく、で電力効率が高く費用効率が高い光送信端を実施するための回路支持体を提供することができる。
端末デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、無線通信機能を有するウェアラブル電子デバイス(スマートウォッチなど)、カメラなどを含み得る。
図25は、深度取得部品の動作原理の概略図である。図25に示されるように、深度取得部品は、送信端006および受信端013を含み得る。
送信端006は、ドライバアレイ003、レーザアレイ002、およびレンズ004を含み得る。ドライバアレイ003、レーザアレイ002、およびレンズ004は、送信端のベース上に配置することができる。
ドライバアレイ003は、前述の実施形態における任意のレーザ駆動回路を含んでもよい。
動作中、トランシーバ同期および制御回路001は、パルス電気信号をドライバアレイ003に送信する。ドライバアレイ003は、パルス電気信号をパルス電流0015に増幅した後、パルス電流0015をレーザアレイ002に出力する。レーザアレイ002は、パルス電流をパルス光0016に変換する。パルス光0016はレンズ004を通過する。光ビームは、期待される光ビーム形状(発散角、光パターンサイズ、および光ビーム角度を含む)に調整され、次いで、出力光005が放出される。
受信端013におけるセンサは、レンズ011と、光学フィルタ010と、単一光子アバランシェダイオード(single photon avalanche diode,SPAD)アレイ008と、消光および時間デジタル変換回路(time to analog converter,TDC)007とを含む。本出願のこの実施形態は、受信端の改善に関係しなくてもよく、受信端013の具体的な構造および内容は、本明細書では説明されない。
本出願のこの実施形態における深度取得部品が携帯電話において使用されるとき、深度画像を取得するための距離は10mより大きくてもよく、電力消費は1W未満であってもよく、その結果、携帯電話におけるハードウェアサイズおよび電力消費に関する要件を満たすことができる。加えて、本出願のこの実施形態における深度取得部品は、微小電気機械システムミラーを含まないので、微小電気機械システムミラー解決策の信頼性問題がなく、信頼性が高い。
本出願のこの実施形態では、レーザは、特定のアプリケーションシナリオを参照して柔軟に選択され得ることが理解され得る。例えば、建物、風景、または置かれた物体などの静止物体の深度画像が撮影されるとき、ブロックごとの走査を実施するために、1つのレーザが毎回オンにされ得る。移動物体、例えば、移動する人物または物体を撮影するとき、複数のレーザを毎回オンにして複数のブロックの走査を実施することができ、または全てのレーザを一度にオンにして迅速な深度取得を実施することができる。このようにして、移動物体の変位によって引き起こされる深度取得誤差が回避される。
前述の実施、概略構造図、または概略エミュレーション図は、本出願の技術的解決策を説明するための例にすぎない。それらのサイズ比率は、技術的解決策の保護範囲に対するいかなる限定も構成しない。前述の実施の趣旨および原理内で行われる任意の修正、同等の置換、改良などは、技術的解決策の保護範囲内に入るものとする。
11 端末デバイス
12 撮影対象
130 レーザ
131 電界効果トランジスタ
132 ゲートドライバ
160 制御ユニット
161 電圧入力端
162 レーザ
163 第1のパルス電流生成ユニット
170 制御ユニット
172 パルス電流生成ユニット
210 制御ユニット
211 第2のスイッチモジュール
212 第2パルス電流生成ユニット
230 第1のスイッチモジュール
1601 第1のスイッチモジュール
1602 容量性モジュール
1603 第1の接続端
1631 第2の接続端
1632 第1の電界効果モジュール
1633 駆動モジュール
2301 電界効果トランジスタ
2302 誘導性電気部品
2303 一方向導通電気部品
001 トランシーバ同期および制御回路
002 レーザアレイ
003 ドライバアレイ
004 レンズ
005 出力光
006 送信端
007 消光およびTDC回路
008 単一光子アバランシェダイオードアレイ
010 光学フィルタ
011 レンズ
012 入力光
013 受信端
0001 第2の制御信号
0002 第1の制御信号
0015 パルス電流
0016 パルス光
0102 入力電圧
0300 刺激型シナリオ

Claims (9)

  1. レーザドライバアレイおよびレーザアレイを備える深度取得部品であって、前記レーザアレイは、複数のレーザを備え、前記レーザドライバアレイは、1つ以上の制御ユニットを備え、各制御ユニットは、前記レーザアレイにおける1つ以上のレーザの選択を制御するように構成され、
    前記制御ユニットは、第1のスイッチモジュールと、容量性モジュールと、第1の接続端と、を備え、
    前記第1の接続端は、前記レーザアレイ内の前記1つ以上のレーザの正電極を接続するように構成され、
    前記第1のスイッチモジュールは、第1の制御信号に基づいて、前記制御ユニットに対応する前記レーザを選択するように構成され、前記第1のスイッチモジュールの一端は、前記レーザドライバアレイの電圧入力端に電気的に接続され、前記第1のスイッチモジュールの他端は、前記第1の接続端に電気的に接続され、
    前記容量性モジュールの一端は、前記第1の接続端に電気的に接続され、前記容量性モジュールの他端は、接地され
    各制御ユニットは、前記レーザアレイ内のレーザの行を選択するように構成され、前記レーザの行の正電極は、電気的に接続され、
    レーザ駆動回路は、1つ以上の第2のスイッチモジュールをさらに備え、
    各第2のスイッチモジュールは、前記レーザアレイ内の1つの列のレーザを選択するように構成され、前記第2のスイッチモジュールは、前記レーザの列の負電極に電気的に接続され、
    前記1つ以上の制御ユニットの前記1つ以上の第2のスイッチモジュールおよび前記第1のスイッチモジュールは、互いに協働して任意のレーザを選択するように構成される、
    深度取得部品。
  2. 前記第1のスイッチモジュールは、電界効果トランジスタと、誘導性電気部品と、一方向導通電気部品と、を備え、
    前記電界効果トランジスタ、前記誘導性電気部品、および前記一方向導通電気部品は、直列に接続され、
    前記電界効果トランジスタのゲートは、前記第1の制御信号を受信するように構成され、
    前記一方向導通電気部品の負電極は、前記第1の接続端に接続される、
    請求項1に記載の深度取得部品。
  3. 1つ以上の第1のパルス電流生成ユニットをさらに備え、
    前記第1のパルス電流生成ユニットは、第2の接続端を備え、前記第1のパルス電流生成ユニットは、第2の制御信号のパルス周期に基づいて、前記第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成され、前記第2の接続端は、前記レーザの負電極に接続するように構成される、請求項1または2に記載の深度取得部品。
  4. 前記第1のパルス電流生成ユニットは、第1の電界効果モジュールと、前記第1の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールと、をさらに備え、
    前記第1の電界効果モジュールに対応する前記駆動モジュールは、前記第2の制御信号を受信するように構成され、
    前記第1の電界効果モジュールは、前記第2の制御信号の前記パルス周期に基づいて、前記第2の接続端を制御して周期的に放電させるように構成される、
    請求項3に記載の深度取得部品。
  5. 前記複数のレーザの負電極は、電気的に接続され、前記制御ユニットの各々は、1つのレーザを制御するように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の深度取得部品。
  6. 前記レーザ駆動回路は、1つ以上の第2のパルス電流生成ユニットをさらに備え、
    前記第2のパルス電流生成ユニットは、前記1つ以上の第2のスイッチモジュールに接続され、前記第2のパルス電流生成ユニットは、第3の制御信号のパルス周期に基づいて、1つ以上の第2のスイッチモジュールに対応するレーザを制御して周期的に放電させるように構成される、
    請求項に記載の深度取得部品。
  7. 前記第2のパルス電流生成ユニットは、第2の電界効果モジュールと、前記第2の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールと、をさらに備え、
    前記第2の電界効果モジュールに対応する前記駆動モジュールは、前記第3の制御信号を受信するように構成され、
    前記第2の電界効果モジュールは、前記第3の制御信号の前記パルス周期に基づいて、前記1つ以上の第2のスイッチモジュールに接続された前記レーザを制御して周期的に放電させるように構成される、
    請求項に記載の深度取得部品。
  8. 前記第2のスイッチモジュールは、第3の電界効果モジュールと、前記第3の電界効果モジュールに対応する駆動モジュールと、を備え、
    前記第3の電界効果モジュールに対応する前記駆動モジュールは、第4の制御信号を受信するように構成され、
    前記第3の電界効果モジュールは、前記第4の制御信号のパルス周期に基づいて、前記第3の電界効果モジュールに対応するレーザを制御して周期的に放電させるように構成される、
    請求項に記載の深度取得部品。
  9. 請求項1からのいずれか一項に記載の深度取得部品を備える電子デバイスであって、前記電子デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、ウェアラブル電子デバイス、およびカメラのうちの1つ以上を備える、電子デバイス。
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