KR101797014B1 - 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀 - Google Patents

3차원 이미지 센서의 단위 픽셀 Download PDF

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Abstract

3차원 이미지 센서의 단위 픽셀은 광학적으로 차폐되어 암전류를 발생시키고, 암전류를 비행시간 동안 누적시켜 누적 암전류를 생성하는 누적부, 누적 암전류에 기초하여 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부, 및 기 설정된 주기마다 누적부를 초기화시키는 초기화부를 포함한다. 따라서, 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀은 암전류 및/또는 누설전류에 기초하여 비행시간을 측정할 수 있다.

Description

3차원 이미지 센서의 단위 픽셀 {UNIT PIXEL OF A THREE-DIMENSIONAL IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀에 관한 것이다.
이미지 센서는 외부에서 입사하는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 반도체 소자로서, 상기 광 신호에 상응하는 영상 정보를 제공하고 있다. 그러나, 최근에는 상기 광 신호에 기초하여 영상 정보뿐만 아니라 거리 정보까지 제공할 수 있는 3차원 이미지 센서(3D image sensor)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로, 3차원 이미지 센서는 광학 펄스(laser pulse)를 목표물에 조사한 후, 상기 광학 펄스가 목표물로부터 반사되어 돌아오기까지의 시간인 비행시간(Time Of Flight; TOF)을 측정하는 방식으로, 단위 픽셀 별로 목표물까지의 거리를 측정할 수 있다. 그러나, 종래의 3차원 이미지 센서는 각각의 단위 픽셀이 고감도의 광 감지 소자로 이루어져야 할 뿐만 아니라, 단위 픽셀 별로 비행시간을 측정하기 위한 타임 투 디지털 컨버터(Time to Digital Converter; TDC)를 구비해야 하므로, 소형으로 제조되기 어렵고 제조 비용 및 전력 소모가 크다.
본 발명의 일 목적은 암전류(dark current) 및/또는 누설전류(leakage current)에 기초하여 비행시간(Time Of Flight; TOF)을 측정할 수 있는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀을 제공하는 것이다. 다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀은 광학적으로 차폐되어 암전류를 발생시키고, 상기 암전류를 비행시간 동안 누적시켜 누적 암전류를 생성하는 누적부, 상기 누적 암전류에 기초하여 상기 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 상기 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부, 및 기 설정된 주기마다 상기 누적부를 초기화시키는 초기화부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 광원은 광학 펄스 조사 장치이고, 상기 광 신호는 광학 펄스(optical pulse)일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 누적부는 광학적으로 차폐되면 상기 암전류를 발생시키는 포토다이오드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 포토다이오드는 단위 픽셀 어레이에 부착된 온도 장치에 의해 일정한 온도로 유지될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 초기화부는 상기 기 설정된 주기마다 턴온됨으로써 상기 누적부를 초기화시키는 제 1 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 출력 전압 생성부는 상기 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여 상기 누적 암전류를 전달하는 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 2 트랜지스터를 거쳐 전달되는 상기 누적 암전류에 기초하여 상기 출력 전압을 생성하는 제 3 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제어부는 상기 광 신호가 검출되면 상기 제어 신호를 활성화시키는 광 감지 소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 광 감지 소자는 가이저 모드 아발란치 포토다이오드(Geiger-mode Avalanche PhotoDiode; GAPD)일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 광 감지 소자는 리니어 모드 아발란치 포토다이오드(Linear-mode Avalanche PhotoDiode; LAPD)일 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀은 비행시간 동안 누설전류를 누적시켜 누적 누설전류를 생성하고, 기 설정된 주기마다 초기화되는 누적부, 상기 누적 누설전류에 기초하여 상기 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 및 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 상기 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 광원은 광학 펄스 조사 장치이고, 상기 광 신호는 광학 펄스(optical pulse)일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 누적부는 상기 기 설정된 주기마다 턴온됨으로써 초기화되고, 턴오프시에는 상기 누설전류를 흐르게 하는 제 1 트랜지스터, 및 상기 누설전류를 누적시켜 상기 누적 누설전류를 생성하는 포토다이오드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 출력 전압 생성부는 상기 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여 상기 누적 누설전류를 전달하는 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 2 트랜지스터를 거쳐 전달되는 상기 누적 누설전류에 기초하여 상기 출력 전압을 생성하는 제 3 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제어부는 상기 광 신호가 검출되면 상기 제어 신호를 활성화시키는 광 감지 소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 광 감지 소자는 가이저 모드 아발란치 포토다이오드(Geiger-mode Avalanche PhotoDiode; GAPD)일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 광 감지 소자는 리니어 모드 아발란치 포토다이오드(Linear-mode Avalanche PhotoDiode; LAPD)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀은 암전류 및/또는 누설전류에 기초하여 비행시간(TOF)을 측정하기 때문에, 이를 포함하는 3차원 이미지 센서는 내부 구조가 단순하여 소형으로 제조될 수 있고, 제조 비용 및 전력 소모가 크게 감소될 수 있다. 다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 2의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 5는 도 1의 단위 픽셀로 구성되는 단위 픽셀 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 5의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 1의 단위 픽셀로 구성되는 단위 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9에서 비행시간이 연산되는 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 도 8의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 12의 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 14는 도 13의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 15는 도 13의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀을 포함하는 3차원 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 16의 3차원 이미지 센서를 포함하는 3차원 이미지 센싱 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 18은 도 16의 3차원 이미지 센서를 카메라에 응용한 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 19는 도 16의 3차원 이미지 센서를 포함하는 전자 기기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 20은 도 19의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀(100)은 누적부(120), 출력 전압 생성부(140), 제어부(160) 및 초기화부(180)를 포함할 수 있다.
누적부(120)는 광학적으로 차폐되어 암전류(dark current)를 발생시키고, 상기 암전류를 비행시간(time of flight; TOF) 동안 누적시킴으로써 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다. 이 때, 비행시간(TOF)은 광 신호(LPS)가 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오기까지의 시간을 나타낸다. 이후, 누적부(120)는 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오는 광 신호(LPS)가 도 1의 단위 픽셀(100)에 도달하면, 그 시점까지의 누적 암전류(ADC)를 출력 전압 생성부(140)에 제공할 수 있다. 이 때, 광원은 광학 펄스 조사 장치(optical pulse emitting device)일 수 있고, 광 신호(LPS)는 광학 펄스(optical pulse)일 수 있다. 예를 들어, 광원은 레이저 다이오드(laser diode)에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스(laser pulse)에 상응할 수 있다.
일 실시예에서, 누적부(120)는 광학적으로 차폐되면 암전류를 발생시키는 포토다이오드(photodiode)를 포함할 수 있다. 이 경우, 누적부(120)에 구비된 포토다이오드는 외부에서 입사되는 광 신호(LPS)로부터 차폐된다. 이를 위하여, 누적부(120) 상부에는 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 형성될 수 있다. 일반적으로, 포토다이오드와 같은 광전 소자는 외부에서 입사되는 광 신호(LPS)에 상관없이 소정의 요인(특히, 온도)에 의하여 암전류를 생성할 수 있는데, 도 1의 단위 픽셀(100)은 비행시간(TOF)을 계산하기 위하여 누적부(120)에 구비된 포토다이오드에서 생성되는 암전류를 이용하는 것이다.
한편, 누적부(120)에 구비된 포토다이오드에서 생성되는 암전류는 그 크기가 온도에 따라 가변하게 되므로, 도 1의 단위 픽셀(100)은 단위 픽셀 어레이(unit pixel array)에 부착된 온도 장치(heat reservoir)에 의해 일정한 온도로 유지될 수 있다. 그 결과, 단위 픽셀 어레이에 구비된 복수의 단위 픽셀(100)들은 모두 동일한 온도에서 동작하게 되므로, 단위 픽셀(100)들 각각에 구비된 포토다이오드의 암전류 특성이 실질적으로 동일하게 된다. 그 결과, 도 1의 단위 픽셀(100)의 3차원 이미지 센싱 동작의 신뢰성은 향상될 수 있다. 나아가, 누적부(120)는 초기화부(180)에 의해 기 설정된 주기마다 초기화될 수 있다. 이에, 누적부(120)는 기 설정된 주기마다 누적 암전류(ADC)를 새로이 생성할 수 있다.
출력 전압 생성부(140)는 누적부(120)로부터 입력되는 누적 암전류(ADC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성하여 출력할 수 있다. 이 때, 누적 암전류(ADC)는 암전류가 누적되는 시간에 비례하고, 출력 전압(VOUT)은 누적 암전류(ADC)에 비례하기 때문에, 비행시간(TOF)은 실질적으로 누적 암전류(ADC)에 비례할 수 있다. 그러므로, 비행시간(TOF)은 출력 전압 생성부(140)에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 비행시간(TOF)은 출력 전압(VOUT)과 비행시간(TOF)의 관계를 나타내는 맵핑 테이블(mapping table) 등에 의하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 출력 전압 생성부(140)는 제어부(160)로부터 입력되는 제어 신호(CTL)에 기초하여 누적 암전류(ADC)를 전달하는 제 2 트랜지스터, 및 제 2 트랜지스터를 거쳐 전달되는 누적 암전류(ADC)에 기초하여 출력 전압(VOUT)을 생성하는 제 3 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이후, 출력 전압(VOUT)에 기초하여 비행시간(TOF)이 계산되면, 도 1의 단위 픽셀(100)과 목표물과의 거리 D는
Figure 112011071213628-pat00001
(단, LS는 빛의 속도이며, 3*10^8 m/s)로 계산될 수 있다. 다만, 이것은 하나의 예시에 불과한 것으로서, 도 1의 단위 픽셀(100)과 목표물과의 거리 D를 계산하는 방식은 요구되는 조건에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
제어부(160)는 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오는 광 신호(LPS)에 응답하여 출력 전압 생성부(140)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 출력 전압 생성부(140)에 제어 신호(CTL)를 출력함으로써 출력 전압 생성부(140)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(CTL)가 활성화 상태인 경우 출력 전압 생성부(140)는 출력 전압(VOUT)을 생성하고, 제어 신호(CTL)가 비활성화 상태인 경우 출력 전압 생성부(140)는 출력 전압(VOUT)을 생성하지 않을 수 있다. 이 때, 제어 신호(CTL)는 광 신호(LPS)가 도 1의 단위 픽셀(100)에 도달하면 트리거(trigger)될 수 있다. 다시 말하면, 제어 신호(CTL)는 비활성화 상태를 유지하다가, 광 신호(LPS)가 도 1의 단위 픽셀(100)에 도달하면 활성화될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(160)는 도 1의 단위 픽셀(100)에 광 신호(LPS)가 도달하면 제어 신호(CTL)를 활성화시키는 광 감지 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 광 감지 소자는 가이저 모드 아발란치 포토다이오드(Geiger-mode Avalanche PhotoDiode; GAPD)이거나 또는, 리니어 모드 아발란치 포토다이오드(Linear-mode Avalanche PhotoDiode; LAPD)일 수 있다. 다만, 이것은 하나의 예시에 불과한 것으로서, 광 감지 소자의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
초기화부(180)는 기 설정된 주기마다 초기화 신호(ITS)를 출력함으로써 누적부(120)를 초기화시킬 수 있다. 그 결과, 누적부(120)는 기 설정된 주기마다 누적 암전류(ADC)를 새로이 생성할 수 있다. 다만, 도 1에서는 누적부(120)가 초기화부(180)에서 출력되는 초기화 신호(ITS)에 의하여 초기화되는 것으로 도시되어 있지만, 이것은 누적부(120)와 초기화부(180)의 회로 연결에 의하여 초기화가 이루어지는 것으로 이해되어야 할 것이다. 일 실시예에서, 초기화부(180)는 기 설정된 주기마다 턴온됨으로써 누적부(120)를 초기화시키는 제 1 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 경우, 초기화 제어 신호(PPS)는 기 설정된 주기마다 트리거될 수 있다. 다시 말하면, 초기화 제어 신호(PPS)는 비활성화 상태를 유지하다가, 기 설정된 주기마다 활성화되어 제 1 트랜지스터를 턴온시킬 수 있다.
이와 같이, 도 1의 단위 픽셀(100)은 누적부(120)에 구비되어 광 신호(LPS)로부터 차폐된 포토다이오드가 소정의 요인(특히, 온도)에 의하여 생성하는 암전류에 기초하여 비행시간(TOF)을 측정할 수 있다. 따라서, 도 1의 단위 픽셀(100)은, 일반적인 이미지 센서에 구비되는 단위 픽셀의 구조에서, 광전 소자인 포토다이오드를 차폐하고 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트 단자에 광 감지 소자를 연결하는 방식으로 제조될 수 있다. 다시 말하면, 도 1의 단위 픽셀(100)을 구비하는 3차원 이미지 센서는 기존의 3차원 이미지 센서와 비교할 때, 상대적으로 고감도의 광 감지 소자를 요구하지 않고, 각각의 단위 픽셀 별로 비행시간을 측정하기 위한 타임 투 디지털 컨버터를 요구하지 않는다. 그 결과, 도 1의 단위 픽셀(100)을 구비하는 3차원 이미지 센서는 내부 구조가 단순하여 소형으로 제조될 수 있고, 제조 비용 및 전력 소모가 크게 감소될 수 있다.
도 2는 도 1의 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 단위 픽셀(100)은 포토다이오드(PD), 제 1 트랜지스터(FT), 제 2 트랜지스터(ST), 제 3 트랜지스터(TT), 커패시터(C) 및 광 감지 소자(DE)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2의 구조는 하나의 예시로서, 도 1의 단위 픽셀(100)은 요구되는 조건에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.
포토다이오드(PD)는 도 1의 단위 픽셀(100)에 구비된 누적부(120)에 상응할 수 있다. 포토다이오드(PD)는 제 1 단자가 제 1 트랜지스터(FT)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 그라운드 전압(GND)에 연결될 수 있다. 포토다이오드(PD)의 제 1 단자는 암전류(DC)를 누적하여 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다. 제 1 트랜지스터(FT)는 도 1의 단위 픽셀(100)에서 초기화부(180)에 상응할 수 있다. 제 1 트랜지스터(FT)는 제 1 단자가 포토다이오드(PD)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 또한, 제 1 트랜지스터(FT)는 게이트 단자를 통하여 초기화 제어 신호(PPS)를 입력받을 수 있다. 일 실시예에서, 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)가 조사되면, 그에 응답하여 초기화 제어 신호(PPS)는 트리거(trigger)될 수 있다. 상술한 바와 같이, 초기화 제어 신호(PPS)가 활성화되면, 제 1 트랜지스터(FT)는 턴온되어 포토다이오드(PD)를 초기화시킬 수 있다. 반면에, 초기화 제어 신호(PPS)가 비활성화 상태에서는 제 1 트랜지스터(FT)가 턴오프되기 때문에, 포토다이오드(PD)는 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다.
제 2 트랜지스터(ST), 제 3 트랜지스터(TT) 및 커패시터(C)는 도 1의 단위 픽셀(100)에 구비된 출력 전압 생성부(140)에 상응할 수 있다. 제 2 트랜지스터(ST)는 제 1 단자가 포토다이오드(PD)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 제 3 트랜지스터(TT)의 게이트 단자에 연결되며, 게이트 단자가 광 감지 소자(DE)의 제 1 단자에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 제 2 트랜지스터(ST)의 제 2 단자에는 커패시터가 연결되어 플로팅 확산 노드(floating diffusion node)를 형성할 수도 있다. 제 3 트랜지스터(TT)는 제 1 단자가 커패시터(C)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 전원 전압(VDD)에 연결되며, 게이트 단자가 제 2 트랜지스터(ST)의 제 2 단자에 연결될 수 있다. 이 때, 제 3 트랜지스터(TT)의 제 1 단자는 출력 전압(VOUT)을 출력하는 출력 단자에 상응할 수 있다. 커패시터(C)는 제 1 단자가 제 3 트랜지스터(TT)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 접지 전압(GND)에 연결될 수 있다. 제 2 트랜지스터(ST)는 광 신호(LPS)가 입력되면 턴온되어 포토다이오드(PD)의 제 1 단자에 축적된 누적 암전류(ADC)를 제 3 트랜지스터(TT)의 게이트 단자로 전달하고, 제 3 트랜지스터(TT)는 이러한 누적 암전류(ADC)에 기초하여 턴온되어 커패시터(C)를 이용해 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다.
광 감지 소자(DE)는 도 1의 단위 픽셀(100)에 구비된 제어부(160)에 상응할 수 있다. 광 감지 소자(DE)는 제 1 단자가 제 2 트랜지스터(ST)의 게이트 단자에 연결되고, 제 2 단자가 그라운드 전압(GND)에 연결될 수 있다. 광 감지 소자(DE)는 제 2 트랜지스터(ST)를 턴오프 상태로 유지시키다가, 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호(LPS)에 기초하여 제 2 트랜지스터(ST)를 턴온시킬 수 있다. 이를 위하여, 광 감지 소자(DE)는 가이저 모드 아발란치 포토다이오드(GAPD)이거나 또는 리니어 모드 아발란치 포토다이오드(LAPD)에 상응할 수 있다. 그러나, 광 감지 소자(DE)의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 도 1의 단위 픽셀(100)은 도 2에 도시된 구조를 가짐으로써, 포토다이오드(PD)에서 생성되는 암전류(DC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 한편, 도 2에 도시되지는 않았지만, 누적부(120)는 광 신호(LPS)로부터 차폐되어 있다.
도 3은 도 2의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 단위 픽셀(100)은 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)를 조사하면, 광학 펄스 조사와 동시에 암전류(DC)의 누적을 시작(Step S120)할 수 있다. 실시예에 따라, 레이저 다이오드에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스에 상응할 수 있다. 한편, 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아올 때까지, 도 2의 단위 픽셀(100)은 포토다이오드(PD)에서 생성되는 암전류(DC)를 누적함으로써 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다. 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 도 2의 단위 픽셀(100)에 도달(Step S140)하게 되면, 도 2의 단위 픽셀(100)은 누적 암전류(ADC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성(Step S160)할 수 있다. 이후, 도 2의 단위 픽셀(100)은 3차원 이미지 센싱 동작을 초기화(Step S180)하고, 상기 단계들(Step S120, S140, S160)을 반복하거나 또는, 3차원 이미지 센싱 동작을 종료할 수 있다.
도 4는 도 2의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 조사되는 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)는 기 설정된 주기를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 광원은 레이저 다이오드에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스에 상응할 수 있다. 구체적으로, 레이저 다이오드에서 레이저 펄스가 조사되면, 레이저 펄스는 목표물에 반사되어 도 2의 단위 픽셀(100)에 입사될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드에서 레이저 펄스가 조사될 때, 초기화 제어 신호(PPS)가 트리거될 수 있다. 즉, 초기화 제어 신호(PPS)는 비활성화 상태를 유지하다가, 레이저 다이오드에서 레이저 펄스가 조사될 때 활성화될 수 있다. 이와 같이, 초기화 제어 신호(PPS)가 활성화되면, 포토다이오드(PD)는 초기화(즉, 화살표 A)된 후, 암전류(DC)를 누적하여 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다. 이후, 레이저 펄스가 목표물에 반사되어 도 2의 단위 픽셀(100)에 입사하면, 광 감지 소자(DE)는 제어 신호(CTL)를 활성화시킬 수 있다. 이에, 포토다이오드(PD)는 누적 암전류(ADC)의 생성을 종료(즉, 화살표 B)할 수 있다.
한편, 포토다이오드(PD)가 누적 암전류(ADC)의 생성을 종료하면, 도 2의 단위 픽셀(100)은 그 때까지의 누적 암전류(ADC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 누적 암전류(ADC)는 암전류가 누적되는 시간에 비례하고, 출력 전압(VOUT)은 누적 암전류(ADC)에 비례하기 때문에, 비행시간(TOF)은 실질적으로 누적 암전류(ADC)에 비례할 수 있다. 따라서, 비행시간(TOF)은 도 2의 단위 픽셀(100)에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 기초하여 정확하게 계산될 수 있다. 이후, 기 설정된 주기에 의하여 레이저 다이오드가 다시 레이저 펄스를 조사하게 되면, 상기 과정을 반복하는 방식으로 도 2의 단위 픽셀(100)은 동작할 수 있다.
도 5는 도 1의 단위 픽셀로 구성되는 단위 픽셀 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 단위 픽셀 어레이(200)는 픽셀 영역(220)을 포함할 수 있고, 픽셀 영역(220)에는 복수의 단위 픽셀(100)들이 구비될 수 있다.
도 1의 단위 픽셀(100)들 각각은 암전류(DC)를 비행시간(TOF) 동안 누적시켜 누적 암전류(ADC)를 생성하는 누적부(120), 누적 암전류(ADC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부(140), 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호(LPS)에 응답하여 출력 전압 생성부(140)의 동작을 제어하는 제어부(160), 및 기 설정된 주기마다 누적부(160)를 초기화시키는 초기화부(180)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각에 있어서, 광 신호(LPS)를 수신하는 제어부(160)를 제외하고, 누적부(120), 출력 전압 생성부(160) 및 초기화부(180)는 광 신호(LPS)로부터 차폐될 수 있다.
일 실시예에서, 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각의 누적부(120), 출력 전압 생성부(160) 및 초기화부(180)는 상부에 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각의 누적부(120)만이 상부에 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 위치할 수 있다. 한편, 도 1의 단위 픽셀(100)들에 구비되는 포토다이오드(PD)가 암전류(DC)를 생성할 때, 암전류(DC)의 크기는 주로 온도에 따라 결정될 수 있다. 그러므로, 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 정확하게 생성하기 위해서는, 도 1의 단위 픽셀(100)들에 제공되는 온도가 일정해야 한다. 따라서, 단위 픽셀 어레이(200)에는 온도 장치가 부착되어 도 1의 단위 픽셀(100)들에 구비된 포토다이오드(PD)들을 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.
도 6은 도 5의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 단위 픽셀 어레이(200)에서 단위 픽셀(100)들 각각은 맵핑 테이블(290)에 연결될 수 있다. 이 때, 맵핑 테이블(290)은 단위 픽셀(100)들 각각에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 따른 비행시간(TOF)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 그 결과, 단위 픽셀(100)들 각각에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 기초하여 비행시간(TOF)이 계산될 수 있다. 예를 들어, 단위 픽셀(100)들 각각에서 출력 전압(VOUT)이 출력되면, 맵핑 테이블(290)은 출력 전압(VOUT)에 상응하는 비행시간(TOF)을 선택하여 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 맵핑 테이블(290)은 출력 전압(VOUT)에 따른 비행시간(TOF)에 대한 정보가 저장되어 있는 메모리 장치일 수 있다.
구체적으로, 단위 픽셀(100) 내부에서 초기화부(180)는 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)으로부터 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)가 조사됨과 동시에 누적부(120)를 초기화하고, 누적부(120)는 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아올 때까지의 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다. 한편, 제어부(160)는 단위 픽셀(100)에 광 신호(LPS)가 도달하면, 출력 전압 생성부(140)로 하여금 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(OUT)을 생성하게 할 수 있다. 이후, 맵핑 테이블(290)은 출력 전압(VOUT)을 비행시간(TOF)으로 변환하여 출력할 수 있다.
도 7은 도 5의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 도 5의 단위 픽셀 어레이(200)에서 단위 픽셀(100)들 각각은 맵핑 테이블(290)에 연결될 수 있다. 이 때, 단위 픽셀(100)과 맵핑 테이블(290) 사이에는 비행시간(TOF)의 정확도를 향상시키기 위하여 연산 회로(280)가 위치할 수 있고, 맵핑 테이블(290)은 연산 회로(280)에서 출력되는 최종 출력 전압(CPV)에 따른 비행시간(TOF)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 연산 회로(280)는 제 1 내지 제 n 출력 전압들(VOUT_1, ..., VOUT_n)의 평균값을 계산함으로써 최종 출력 전압(CPV)을 맵핑 테이블(290)에 제공할 수 있고, 맵핑 테이블(290)은 연산 회로(280)에서 출력되는 최종 출력 전압(CPV)에 기초하여 비행시간(TOF)을 계산할 수 있다.
구체적으로, 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)으로부터 기 설정된 주기마다 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)가 조사되므로, n주기 동안 3차원 이미지 센싱 동작이 n회 수행될 수 있다. 즉, n주기 동안 단위 픽셀(100)들 각각은 제 1 내지 제 n 출력 전압(VOUT1, ..., VOUT_n)을 순차적으로 출력할 수 있다. 이에, 연산 회로(280)는 단위 픽셀(100)들 각각에서 순차적으로 출력되는 제 1 내지 제 n 출력 전압(VOUT1, ..., VOUT_n)을 임시적으로 저장한 후, 이들의 평균값을 계산하여 그 평균값을 최종 출력 전압(CPV)으로서 출력할 수 있다. 이후, 맵핑 테이블(290)은 최종 출력 전압(CPV)을 비행시간(TOF)으로 변환할 수 있다.
일반적으로, 단위 픽셀(100)들 각각에 구비되는 포토다이오드(PD)의 암전류 특성은 여러 요인에 의하여 가변될 수 있다. 따라서, 1회의 이미지 센싱 동작에 의한 값보다는 복수회의 이미지 센싱 동작에 의한 값들의 평균값이 비교적 신뢰성이 높다. 이에, 상기 구성을 통하여 최종 출력 전압(CPV)을 기초로 비행시간(TOF)을 계산하게 되면, 그 비행시간(TOF)의 정확도가 크게 향상될 수 있다. 일반적으로, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수는 요구되는 조건에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 하지만, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수가 커지면, 비행시간(TOF)의 정확도가 높아지나 소요 시간이 커지고, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수가 작아지면, 소요 시간이 작아지나 비행시간(TOF)의 정확도는 떨어질 수 있다. 따라서, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수는 이러한 트레이드 오프(trade-off) 관계를 고려하여 사용자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
도 8은 도 1의 단위 픽셀로 구성되는 단위 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 단위 픽셀 어레이(300)는 픽셀 영역(320) 및 옵티컬 블랙 영역(340)을 포함할 수 있다. 픽셀 영역(320)에는 복수의 단위 픽셀(100)들이 구비되고, 옵티컬 블랙 영역(340)에는 복수의 더미 픽셀(미도시)들이 구비될 수 있다.
도 1의 단위 픽셀(100)들 각각은 암전류(DC)를 비행시간(TOF) 동안 누적시켜 누적 암전류(ADC)를 생성하는 누적부(120), 누적 암전류(ADC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부(140), 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호(LPS)에 응답하여 출력 전압 생성부(140)의 동작을 제어하는 제어부(160), 및 기 설정된 주기마다 누적부(160)를 초기화시키는 초기화부(180)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각에 있어서, 광 신호(LPS)를 수신하는 제어부(160)를 제외하고, 누적부(120), 출력 전압 생성부(160) 및 초기화부(180)는 광 신호(LPS)로부터 차폐될 수 있다.
일 실시예에서, 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각의 누적부(120), 출력 전압 생성부(160) 및 초기화부(180)는 상부에 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각의 누적부(120)만이 상부에 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 위치할 수 있다. 이 때, 차광막은 메탈 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있고, 벌크 컬러 필터층은 다른 컬러의 컬러 필터들이 적층되어 형성될 수 있으나, 이들을 형성하는 물질이 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도 1의 단위 픽셀(100)들에 구비되는 포토다이오드(PD)가 암전류(DC)를 생성할 때, 암전류(DC)의 크기는 주로 온도에 따라 결정될 수 있다. 그러므로, 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 정확하게 생성하기 위해서는, 도 1의 단위 픽셀(100)들에 제공되는 온도가 일정해야 한다. 따라서, 단위 픽셀 어레이(300)에는 온도 장치가 부착되어 도 1의 단위 픽셀(100)들에 구비된 포토다이오드(PD)들을 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.
옵티컬 블랙 영역(340)은 도 1의 단위 픽셀(100)들과 실질적으로 동일한 구조의 더미 픽셀들을 가질 수 있다. 그러나, 더미 픽셀들은 광 신호(LPS)로부터 전면 차폐되기 때문에, 광 신호(LPS)에 상관없이 소정의 요인(특히, 온도)에 의해서만 암전류를 생성한다. 일반적으로, 옵티컬 블랙 영역(340)은 오토 다크 레벨 보상(Auto Dark Level Compensation; ADLC)을 위하여 구비되지만, 단위 픽셀 어레이(300)에서는 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각에서 생성되는 누적 암전류(ADC)에 대한 기준값(reference value)을 제공하기 위하여 구비된다. 즉, 옵티컬 블랙 영역(340)에서 출력되는 출력 전압은 도 1의 단위 픽셀(100)들 각각에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 대한 기준 전압(reference voltage)으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 옵티컬 블랙 영역(340)은 상부에 상부에 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 위치할 수 있다. 이 때, 차광막은 메탈 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있고, 벌크 컬러 필터층은 다른 컬러의 컬러 필터들이 적층되어 형성될 수 있으나, 이들을 형성하는 물질이 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 옵티컬 블랙 영역(340)에서 출력되는 기준 전압은 옵티컬 블랙 영역(340)에 구비된 특정 더미 픽셀일 수도 있고, 옵티컬 블랙 영역(340)에 구비된 더미 픽셀들의 평균값일 수도 있다. 이와 같이, 단위 픽셀 어레이(300)는 픽셀 영역(320) 및 옵티컬 블랙 영역(340)을 포함하여 도 1의 단위 픽셀(100)들에서 출력되는 출력 전압(VOUT)과 옵티컬 블랙 영역(340)에서 출력되는 기준 전압을 비교함으로써, 보다 정확한 비행시간(TOF)이 계산되도록 할 수 있다.
도 9는 도 8의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 도 8의 단위 픽셀 어레이(300)에서 단위 픽셀(100)들 각각은 비교 회로(390)에 연결될 수 있다. 이 때, 비교 회로(390)는 단위 픽셀(100)들 각각에서 출력되는 출력 전압(VOUT)과 옵티컬 블랙 영역(340)에서 출력되는 기준 전압(VOB)을 비교함으로써, 출력 전압(VOUT)에 상응하는 비행시간(TOF)을 출력할 수 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(100) 내부에서 초기화부(180)는 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)가 조사됨과 동시에 누적부(120)를 초기화하고, 누적부(120)는 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아올 때까지의 누적 암전류(ADC)를 생성할 수 있다. 한편, 제어부(160)는 단위 픽셀(100)에 광 신호(LPS)가 도달하면, 출력 전압 생성부(140)로 하여금 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(OUT)을 생성하게 할 수 있다. 이후, 비교 회로(390)는 출력 전압(VOUT)을 기준 전압(VOB)과 비교함으로써 비행시간(TOF)을 출력할 수 있다. 이하, 도 10을 참조하여 출력 전압(VOUT)이 기준 전압(VOB)과 비교됨으로써 비행시간(TOF)으로 출력되는 예를 설명하기로 한다.
도 10은 도 9에서 비행시간이 연산되는 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10을 참조하면, X축은 시간축을 나타내고, Y축은 전압축을 나타낸다. 이 때, P는 기 설정된 주기로서 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)를 조사하는 주기를 나타낸다. TOF는 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오는 시간 즉, 비행시간(TOF)을 나타낸다. 상술한 바와 같이, P는 기 설정된 주기로서 사용자에 의하여 설정되는 값이므로, P시간 동안 옵티컬 블랙 영역(340)의 특정 더미 픽셀에서 출력되는 출력 전압, 또는 P시간 동안 옵티컬 블랙 영역(340)의 더미 픽셀들에서 출력되는 출력 전압들의 평균값은 기준 전압(VOB)으로서 제공될 수 있다. 이 때, 단위 픽셀(100)도 포토다이오드(PD)가 광 신호(LPS)로부터 차폐되어 있으므로, 옵티컬 블랙 영역(340)의 더미 픽셀들과 암전류 특성이 동일하다. 따라서, 옵티컬 블랙 영역(340)의 더미 픽셀들에 대하여, 기 설정된 주기 즉, P시간과 상기 P시간 동안 누적되는 누적 암전류에 따른 기준 전압(VOB)의 관계가 주어져 있으므로, 단위 픽셀(100)들 각각에서 출력되는 출력 전압(VOUT)만 파악되면, P시간과 기준 전압(VOB)의 관계에 기초하여 비행시간(TOF)이 출력 전압(VOUT)으로부터 직접 구해(즉, 화살표 C)질 수 있다.
도 11은 도 8의 단위 픽셀 어레이에서 비행시간을 계산하는 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 도 8의 단위 픽셀 어레이(300)에서 단위 픽셀(100)들 각각은 비교 회로(390)에 연결될 수 있다. 이 때, 단위 픽셀(100)과 비교 회로(390) 사이에는 비행시간(TOF)의 정확도를 향상시키기 위하여 연산 회로(380)가 위치할 수 있고, 연산 회로(380)는 제 1 내지 제 n 출력 전압들(VOUT_1, ..., VOUT_n)의 평균값을 계산함으로써 최종 출력 전압(CPV)을 출력할 수 있다. 즉, 연산 회로(380)는 제 1 내지 제 n 출력 전압들(VOUT_1, ..., VOUT_n)의 평균값을 계산함으로써 최종 출력 전압(CPV)을 비교 회로(390)에 제공할 수 있고, 비교 회로(390)는 최종 출력 전압(CPV)과 옵티컬 블랙 영역(340)에서 출력되는 기준 전압(VOB)을 비교하여 최종 출력 전압(CPV)에 상응하는 비행시간(TOF)을 계산할 수 있다.
구체적으로, 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)으로부터 기 설정된 주기마다 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)가 조사되므로, n주기 동안 3차원 이미지 센싱 동작이 n회 수행될 수 있다. 즉, n주기 동안 단위 픽셀(100)들 각각은 제 1 내지 제 n 출력 전압(VOUT1, ..., VOUT_n)을 순차적으로 출력할 수 있다. 이에, 연산 회로(380)는 단위 픽셀(100)들 각각에서 순차적으로 출력되는 제 1 내지 제 n 출력 전압(VOUT1, ..., VOUT_n)을 임시적으로 저장한 후, 이들의 평균값을 계산하여 그 평균값을 최종 출력 전압(CPV)으로서 출력한다. 이후, 비교 회로(390)는 최종 출력 전압(CPV)을 기준 전압(VOB)과 비교함으로써 비행시간(TOF)을 생성할 수 있다.
일반적으로, 단위 픽셀(100)들 각각에 구비되는 포토다이오드(PD)의 암전류 특성은 여러 요인에 의하여 가변될 수 있다. 따라서, 1회의 이미지 센싱 동작에 의한 값보다는 복수회의 이미지 센싱 동작에 의한 값들의 평균값이 비교적 신뢰성이 높다. 이에, 상기 구성을 통하여 최종 출력 전압(CPV)을 기초로 비행시간(TOF)을 계산하게 되면, 그 비행시간(TOF)의 정확도가 크게 향상될 수 있다. 일반적으로, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수는 요구되는 조건에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 하지만, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수가 커지면, 비행시간(TOF)의 정확도가 높아지나 소요 시간이 커지고, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수가 작아지면, 소요 시간이 작아지나 비행시간(TOF)의 정확도는 떨어질 수 있다. 따라서, 3차원 이미지 센싱 동작의 횟수는 이러한 트레이드 오프 관계를 고려하여 사용자에 의하여 적절하게 선택될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀을 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀(500)은 누적부(520), 출력 전압 생성부(540) 및 제어부(560)를 포함할 수 있다.
누적부(520)는 누설전류(leakage current)를 발생시키고, 상기 누설전류를 비행시간(TOF) 동안 누적시킴으로써 누적 누설전류(ALC)를 생성할 수 있다. 이 때, 비행시간(TOF)은 광 신호(LPS)가 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오기까지의 시간을 나타낸다. 이후, 누적부(520)는 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오는 광 신호(LPS)가 도 12의 단위 픽셀(500)에 도달하면, 그 시점까지의 누적 누설전류(ALC)를 출력 전압 생성부(540)에 제공할 수 있다. 이 때, 광원은 광학 펄스 조사 장치일 수 있고, 광 신호(LPS)는 광학 펄스일 수 있다. 예를 들어, 광원은 레이저 다이오드에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스에 상응할 수 있다.
일 실시예에서, 누적부(520)는 포토다이오드 및 누설전류를 생성하는 제 1 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 경우, 누적부(520)에 구비된 포토다이오드는 외부에서 입사되는 광 신호(LPS)로부터 차폐될 수 있다. 이를 위하여, 누적부(520) 상부에는 차광막 또는 벌크 컬러 필터층이 형성될 수 있다. 한편, 누적부(520)에 구비된 제 1 트랜지스터에서 생성되는 누설전류는 제 1 트랜지스터의 문턱 전압(threshold voltage)에 따라 결정되므로, 단위 픽셀 어레이에 구비된 복수의 단위 픽셀(500)들은 동일한 문턱 전압을 갖는 제 1 트랜지스터를 구비할 수 있다. 그 결과, 도 12의 단위 픽셀(500)의 3차원 이미지 센싱 동작의 신뢰성은 향상될 수 있다.
나아가, 누적부(520)는 기 설정된 주기마다 초기화될 수 있다. 이에, 누적부(520)는 기 설정된 주기마다 누적 누설전류(ALC)를 새로이 생성할 수 있다. 이를 위하여, 누적부(520)는 기 설정된 주기마다 초기화 제어 신호(PPS)를 수신할 수 있다. 이 때, 제 1 트랜지스터가 초기화 제어 신호(PPS)에 응답하여 턴온되면, 누적부(520)는 초기화될 수 있다. 이 경우, 초기화 제어 신호(PPS)는 기 설정된 주기마다 트리거될 수 있다. 다시 말하면, 초기화 제어 신호(PPS)는 비활성화 상태를 유지하다가, 기 설정된 주기마다 활성화되어 제 1 트랜지스터를 턴온시킬 수 있다.
출력 전압 생성부(540)는 누적부(520)로부터 입력되는 누적 누설전류(ALC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성하여 출력할 수 있다. 이 때, 누적 누설전류(ALC)는 누설전류가 누적되는 시간에 비례하고, 출력 전압(VOUT)은 누적 누설전류(ALC)에 비례하기 때문에, 비행시간(TOF)은 실질적으로 누적 누설전류(ALC)에 비례할 수 있다. 그러므로, 비행시간(TOF)은 출력 전압 생성부(540)에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 비행시간(TOF)은 출력 전압(VOUT)과 비행시간(TOF)의 관계를 나타내는 맵핑 테이블 등에 의하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 출력 전압 생성부(540)는 제어부(560)로부터 입력되는 제어 신호(CTL)에 기초하여 누적 누설전류(ALC)를 전달하는 제 2 트랜지스터, 및 제 2 트랜지스터를 거쳐 전달되는 누적 누설전류(ALC)에 기초하여 출력 전압(VOUT)을 생성하는 제 3 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이후, 출력 전압(VOUT)에 기초하여 비행시간(TOF)이 계산되면, 도 12의 단위 픽셀(500)과 목표물과의 거리 D는
Figure 112011071213628-pat00002
(단, LS는 빛의 속도이며, 3*10^8 m/s)로 계산될 수 있다. 다만, 이것은 하나의 예시에 불과한 것으로서, 도 12의 단위 픽셀(500)과 목표물과의 거리 D를 계산하는 방식은 요구되는 조건에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
제어부(560)는 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아오는 광 신호(LPS)에 응답하여 출력 전압 생성부(540)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(560)는 출력 전압 생성부(540)에 제어 신호(CTL)를 출력함으로써 출력 전압 생성부(540)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(CTL)가 활성화 상태인 경우 출력 전압 생성부(540)는 출력 전압(VOUT)을 생성하고, 제어 신호(CTL)가 비활성화 상태인 경우 출력 전압 생성부(540)는 출력 전압(VOUT)을 생성하지 않을 수 있다. 이 때, 제어 신호(CTL)는 광 신호(LPS)가 도 12의 단위 픽셀(500)에 도달하면 트리거될 수 있다. 즉, 제어 신호(CTL)는 비활성화 상태를 유지하다가, 광 신호(LPS)가 도 12의 단위 픽셀(500)에 도달하면 활성화될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(560)는 도 12의 단위 픽셀(500)에 광 신호(LPS)가 도달하면 제어 신호(CTL)를 활성화시키는 광 감지 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 광 감지 소자는 가이저 모드 아발란치 포토다이오드(Geiger-mode Avalanche PhotoDiode; GAPD)이거나 또는, 리니어 모드 아발란치 포토다이오드(Linear-mode Avalanche PhotoDiode; LAPD)일 수 있다. 다만, 이것은 하나의 예시에 불과한 것으로서, 광 감지 소자의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 도 12의 단위 픽셀(500)은 누적부(520)에 구비된 제 1 트랜지스터가 생성하는 누설전류에 기초하여 비행시간(TOF)을 측정할 수 있다. 따라서, 도 12의 단위 픽셀(500)은, 일반적인 이미지 센서에 구비되는 단위 픽셀의 구조에서, 광전 소자인 포토다이오드를 차폐하고 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 단자에 광 감지 소자를 연결하는 방식으로 제조될 수 있다. 다시 말하면, 도 12의 단위 픽셀(500)을 구비하는 3차원 이미지 센서는 기존의 3차원 이미지 센서와 비교할 때, 상대적으로 고감도의 광 감지 소자를 요구하지 않고, 각각의 단위 픽셀 별로 비행시간을 측정하기 위한 타임 투 디지털 컨버터를 요구하지 않는다. 그 결과, 도 12의 단위 픽셀(500)을 구비하는 3차원 이미지 센서는 내부 구조가 단순하여 소형으로 제조될 수 있고, 제조 비용 및 전력 소모가 크게 감소될 수 있다.
도 13은 도 12의 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 13을 참조하면, 도 12의 단위 픽셀(500)은 포토다이오드(PD), 제 1 트랜지스터(FT), 제 2 트랜지스터(ST), 제 3 트랜지스터(TT), 커패시터(C) 및 광 감지 소자(DE)를 포함할 수 있다. 다만, 도 13의 구조는 하나의 예시로서, 도 12의 단위 픽셀(500)은 요구되는 조건에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.
포토다이오드(PD) 및 제 1 트랜지스터(FT)는 도 12의 단위 픽셀(500)에 구비된 누적부(520)에 상응할 수 있다. 포토다이오드(PD)는 제 1 단자가 제 1 트랜지스터(FT)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 그라운드 전압(GND)에 연결될 수 있다. 제 1 트랜지스터(FT)는 제 1 단자가 포토다이오드(PD)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 또한, 제 1 트랜지스터(FT)는 게이트 단자를 통하여 초기화 제어 신호(PPS)를 입력받을 수 있다. 도 12의 단위 픽셀(500)에서는 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성하기 위하여, 누적부(520)에 구비된 포토다이오드(PD)가 생성하는 암전류가 아니라, 누적부(520)에 구비된 제 1 트랜지스터(FT)가 생성하는 누설전류(LC)를 이용한다. 일 실시예에서, 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)가 조사되면, 그에 응답하여 초기화 제어 신호(PPS)는 트리거될 수 있다. 상술한 바와 같이, 초기화 제어 신호(PPS)가 활성화되면, 제 1 트랜지스터(FT)는 턴온되어 초기화될 수 있다. 반면에, 초기화 제어 신호(PPS)가 비활성화 상태에서는 제 1 트랜지스터(FT)가 턴오프되어 누적 누설전류(ALC)를 생성할 수 있다.
제 2 트랜지스터(ST), 제 3 트랜지스터(TT) 및 커패시터(C)는 도 12의 단위 픽셀(500)에 구비된 출력 전압 생성부(540)에 상응할 수 있다. 제 2 트랜지스터(ST)는 제 1 단자가 포토다이오드(PD)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 제 3 트랜지스터(TT)의 게이트 단자에 연결되며, 게이트 단자가 광 감지 소자(DE)의 제 1 단자에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 제 2 트랜지스터(ST)의 제 2 단자에는 커패시터가 연결되어 플로팅 확산 노드를 형성할 수도 있다. 제 3 트랜지스터(TT)는 제 1 단자가 커패시터(C)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 전원 전압(VDD)에 연결되며, 게이트 단자가 제 2 트랜지스터(ST)의 제 2 단자에 연결될 수 있다. 이 때, 제 3 트랜지스터(TT)의 제 1 단자는 출력 전압(VOUT)을 출력하는 출력 단자에 상응할 수 있다. 커패시터(C)는 제 1 단자가 제 3 트랜지스터(TT)의 제 1 단자에 연결되고, 제 2 단자가 접지 전압(GND)에 연결될 수 있다. 제 2 트랜지스터(ST)는 광 신호(LPS)가 입력되면 턴온되어 포토다이오드(PD)의 제 1 단자에 축적된 누적 누설전류(ALC)를 제 3 트랜지스터(TT)의 게이트 단자로 전달하고, 제 3 트랜지스터(TT)는 이러한 누적 누설전류(ALC)에 기초하여 턴온되어 커패시터(C)를 이용해 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다.
광 감지 소자(DE)는 도 12의 단위 픽셀(500)에 구비된 제어부(560)에 상응할 수 있다. 광 감지 소자(DE)는 제 1 단자가 제 2 트랜지스터(ST)의 게이트 단자에 연결되고, 제 2 단자가 그라운드 전압(GND)에 연결될 수 있다. 광 감지 소자(DE)는 제 2 트랜지스터(ST)를 턴오프 상태로 유지시키다가, 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호(LPS)에 기초하여 제 2 트랜지스터(ST)를 턴온시킬 수 있다. 이를 위하여, 광 감지 소자(DE)는 가이저 모드 아발란치 포토다이오드(GAPD)이거나 또는 리니어 모드 아발란치 포토다이오드(LAPD)에 상응할 수 있다. 그러나, 광 감지 소자(DE)의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 도 12의 단위 픽셀(500)은 도 2에 도시된 구조를 가짐으로써, 제 1 트랜지스터(FT)에서 생성되는 누설전류(LC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 한편, 도 13에 도시되지는 않았지만, 누적부(520)는 광 신호(LPS)로부터 차폐되어 있다.
도 14는 도 13의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 14를 참조하면, 도 13의 단위 픽셀(500)은 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)를 조사하면, 광학 펄스 조사와 동시에 누설전류(LC)의 누적을 시작(Step S520)할 수 있다. 실시예에 따라, 광원은 레이저 다이오드에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스에 상응할 수 있다. 한편, 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아올 때까지, 도 13의 단위 픽셀(500)은 제 1 트랜지스터(FT)에서 생성되는 누설전류(LC)를 누적함으로써 누적 누설전류(ALC)를 생성할 수 있다. 광학 펄스가 광학 펄스 조사 장치에서 조사된 후 목표물에 반사되어 도 13의 단위 픽셀(500)에 도달(Step S540)하게 되면, 도 13의 단위 픽셀(500)은 누적 누설전류(ALC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성(Step S560)할 수 있다. 이후, 도 13의 단위 픽셀(500)은 3차원 이미지 센싱 동작을 초기화(Step S580)하고, 상기 단계들(Step S520, S540, S560)을 반복하거나 또는, 3차원 이미지 센싱 동작을 종료할 수 있다.
도 15는 도 13의 단위 픽셀의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 15를 참조하면, 광원(즉, 광학 펄스 조사 장치)에서 조사되는 광 신호(LPS)(즉, 광학 펄스)는 기 설정된 주기를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 광원은 레이저 다이오드에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스에 상응할 수 있다. 구체적으로, 레이저 다이오드에서 레이저 펄스가 조사되면, 레이저 펄스는 목표물에 반사되어 도 13의 단위 픽셀(500)에 입사될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드에서 레이저 펄스가 조사될 때, 초기화 제어 신호(PPS)가 트리거될 수 있다. 즉, 초기화 제어 신호(PPS)는 비활성화 상태를 유지하다가, 레이저 다이오드에서 레이저 펄스가 조사될 때 활성화될 수 있다. 이와 같이, 초기화 제어 신호(PPS)가 활성화되면, 제 1 트랜지스터(FT)는 초기화(즉, 화살표 A)된 후, 누설전류(LC)를 누적하여 누적 누설전류(ALC)를 생성할 수 있다. 이후, 레이저 펄스가 목표물에 반사되어 도 13의 단위 픽셀(500)에 입사하면, 광 감지 소자(DE)는 제어 신호(CTL)를 활성화시킬 수 있다. 이에, 제 1 트랜지스터(FT)는 누적 누설전류(ALC)의 생성을 종료(즉, 화살표 B)할 수 있다.
한편, 제 1 트랜지스터(FT)가 누적 누설전류(ALC)의 생성을 종료하면, 도 13의 단위 픽셀(500)은 그 때까지의 누적 누설전류(ALC)에 기초하여 비행시간(TOF)에 상응하는 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 누적 누설전류(ALC)는 누설전류가 누적되는 시간에 비례하고, 출력 전압(VOUT)은 누적 누설전류(ALC)에 비례하기 때문에, 비행시간(TOF)은 실질적으로 누적 누설전류(ALC)에 비례할 수 있다. 따라서, 비행시간(TOF)은 도 13의 단위 픽셀(500)에서 출력되는 출력 전압(VOUT)에 기초하여 정확하게 계산될 수 있다. 이후, 기 설정된 주기에 의하여 레이저 다이오드가 다시 레이저 펄스를 조사하게 되면, 상기 과정을 반복하는 방식으로 도 13의 단위 픽셀(500)은 동작할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 단위 픽셀을 포함하는 3차원 이미지 센서를 나타내는 블록도이고, 도 17은 도 16의 3차원 이미지 센서를 포함하는 3차원 이미지 센싱 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 3차원 이미지 센서(600)는 광원(720)에서 광 신호(LPS)가 조사된 후, 목표물(740)에 반사되어 렌즈(760)를 거쳐 도달하면, 상기 광 신호(LPS)에 기초하여 3차원 이미지 센싱 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 광원(720)은 광학 펄스 조사 장치일 수 있고, 광 신호(LPS)는 광학 펄스일 수 있다. 예를 들어, 광원(720)은 레이저 다이오드에 상응할 수 있고, 광 신호(LPS)는 레이저 펄스에 상응할 수 있다. 3차원 이미지 센서(600)는 단위 픽셀들이 암전류 및/또는 누설전류에 기초하여 비행시간을 출력하면, 그에 기초하여 각각의 단위 픽셀 별로 목표물까지의 거리를 측정함으로써, 3차원 이미지를 구현할 수 있다. 이를 위하여, 3차원 이미지 센서(600)는 단위 픽셀 어레이(610), 아날로그 투 디지털 컨버터부(620), 로우 주사 회로부(630), 컬럼 주사 회로부(640) 및 제어 회로부(650)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 광원(720)은 3차원 이미지 센서(600) 내에 위치할 수도 있다.
단위 픽셀 어레이(610)는 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 단위 픽셀들 각각은 암전류 및/또는 누설전류에 기초하여 비행시간을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 단위 픽셀은 광학적으로 차폐되어 암전류를 발생시키고, 암전류를 비행시간 동안 누적시켜 누적 암전류를 생성하는 누적부, 누적 암전류에 기초하여 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부, 및 기 설정된 주기마다 누적부를 초기화시키는 초기화부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 단위 픽셀은 비행시간 동안 누설전류를 누적시켜 누적 누설전류를 생성하고, 기 설정된 주기마다 초기화되는 누적부, 누적 누설전류에 기초하여 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 및 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이와 같이, 단위 픽셀 어레이(610)의 단위 픽셀들은 광 신호(LPS)로부터 차폐된 누설부가 생성하는 암전류 또는 누설전류에 기초하여 비행시간(TOF)을 측정할 수 있다. 이후, 비행시간(TOF)은 단위 픽셀과 목표물까지의 거리에 대한 정보로 해석될 수 있다.
아날로그 투 디지털 컨버터부(620)는 단위 픽셀 어레이(610)로부터 출력되는 아날로그 신호(예를 들어, 출력 전압)를 디지털 신호(DATA)로 변환할 수 있다. 실시예에 따라, 아날로그 투 디지털 컨버터부(620)는 각 컬럼 라인(column line)마다 연결된 복수의 아날로그 투 디지털 컨버터들을 이용하여 아날로그 신호들을 병렬로 변환하는 컬럼 아날로그 투 디지털 컨버팅을 수행하거나, 단일 아날로그 투 디지털 컨버터들을 이용하여 아날로그 신호들을 순차적으로 변환하는 단일 아날로그 투 디지털 컨버팅을 수행할 수 있다. 로우 주사 회로부(630)는 제어 회로부(650)로부터 제어 신호들(CTL1)을 수신하여 단위 픽셀 어레이(610)의 로우 어드레스 및 로우 주사를 제어할 수 있다. 예를 들어, 로우 주사 회로부(630)는 로우 라인(row line)들 중에서 해당 로우 라인을 선택하기 위해 해당 로우 라인을 활성화시키는 신호를 단위 픽셀 어레이(610)에 인가할 수 있다. 컬럼 주사 회로부(640)는 제어 회로부(650)로부터 제어 신호들(CTL2)을 수신하여 단위 픽셀 어레이(610)의 컬럼 어드레스 및 컬럼 주사를 제어할 수 있다. 컬럼 주사 회로부(640)는 아날로그 투 디지털 컨버터부(620)에서 변환된 디지털 신호(DATA)를 디지털 신호 프로세싱 회로(digital signal processing circuit) 또는 외부의 호스트로 출력할 수 있다. 예를 들어, 컬럼 주사 회로부(640)는 수평 주사 제어 신호를 아날로그 투 디지털 컨버터부(620)에 인가함으로써, 아날로그 투 디지털 컨버터부(620) 내부에 위치하는 복수의 아날로그 투 디지털 컨버터들을 순차적으로 선택할 수 있다. 제어 회로부(650)는 아날로그 투 디지털 컨버터부(620), 로우 주사 회로부(630) 및 컬럼 주사 회로부(640)를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 누적 암전류 또는 누적 누설전류는 암전류 또는 누적전류가 누적되는 시간에 비례하고, 단위 픽셀의 출력 전압은 누적 암전류 또는 누적 누설전류에 비례하기 때문에, 비행시간은 실질적으로 누적 암전류 또는 누적 누설전류에 비례할 수 있다. 이 때, 디지털 신호(DATA)는 단위 픽셀의 출력 전압이 변환된 값이므로, 3차원 이미지 센서(600)는 디지털 신호(DATA)로부터 3차원 이미지 센서(600)와 목표물(740)까지의 거리를 계산할 수 있다. 실시예에 따라, 3차원 이미지 센서(600)는 목표물(740)의 수평 위치, 수직 위치, 면적 등을 계산하고, 그에 기초하여 광원(720)의 조사 각도, 조사 위치까지 제어할 수도 있다. 이와 같이, 단위 픽셀 어레이(610)의 단위 픽셀들 각각이 광 신호(LPS)로부터 차폐된 누설부가 생성하는 암전류 또는 누설전류에 기초하여 비행시간을 측정할 수 있으므로, 단위 픽셀 어레이(610)의 단위 픽셀들은 일반적인 이미지 센서에 구비되는 단위 픽셀의 구조에서, 광전 소자인 포토다이오드를 차폐하고 트랜스퍼 트랜지스터의 게이트 단자에 광 감지 소자를 연결하는 방식으로 제조될 수 있다. 다시 말하면, 3차원 이미지 센서(600)는 기존의 3차원 이미지 센서와 비교할 때, 상대적으로 고감도의 광 감지 소자를 요구하지 않고, 각각의 단위 픽셀 별로 비행시간을 측정하기 위한 타임 투 디지털 컨버터를 요구하지 않는다. 그 결과, 3차원 이미지 센서(600)는 내부 구조가 단순하여 소형으로 제조될 수 있고, 제조 비용 및 전력 소모가 크게 감소될 수 있다.
도 18은 도 16의 3차원 이미지 센서를 카메라에 응용한 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 18을 참조하면, 카메라(800)는 수광 렌즈(810), 3차원 이미지 센서(820), 모터부(830) 및 엔진부(840)를 포함할 수 있다. 이 때, 3차원 이미지 센서(820)는 도 16의 3차원 이미지 센서(600)에 상응할 수 있다.
수광 렌즈(810)는 3차원 이미지 센서(820)의 수광 영역(예를 들어, 단위 픽셀 어레이에 구비된 복수의 단위 픽셀들)으로 입사광을 집광시킬 수 있다. 3차원 이미지 센서(820)는 수광 렌즈(810)를 통하여 입사된 광 신호에 기초하여 단위 픽셀들과 목표물까지의 거리에 대한 정보를 포함하는 데이터(DATA1)를 생성할 수 있다. 3차원 이미지 센서(820)는 클록 신호(CLK)에 기초하여 데이터(DATA1)를 엔진부(840)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 3차원 이미지 센서(820)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 및/또는 CSI(Camera Serial Interface)를 통하여 엔진부(840)와 인터페이싱할 수 있다. 모터부(830)는 엔진부(840)로부터 제공되는 제어 신호(CTRL)에 기초하여 수광 렌즈(810)의 포커스를 조절하거나, 셔터링(shuttering)을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 광원(860)과 수광 렌즈(810)의 상대적 위치는 모터부(830) 또는 3차원 이미지 센서(820)에 의해 제어될 수 있다. 엔진부(840)는 3차원 이미지 센서(820) 및 모터부(830)를 제어할 수 있다. 또한, 엔진부(840)는 3차원 이미지 센서(820)로부터 수신된 데이터(DATA1)를 프로세싱(processing)할 수 있다. 예를 들어, 엔진부(840)는 3차원 이미지 센서(820)로부터 수신되는 데이터(DATA1)에 기초하여 입체 데이터를 생성할 수 있다. 엔진부(840)는 호스트/어플리케이션(850)에 연결될 수 있으며, 마스터 클록(MCLK)에 기초하여 데이터(DATA2)를 호스트/어플리케이션(850)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 엔진부(840)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 및/또는 I2C(Inter Integrated Circuit)를 통하여 호스트/어플리케이션(850)과 인터페이싱할 수 있다.
도 19는 도 16의 3차원 이미지 센서를 포함하는 전자 기기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 19를 참조하면, 전자 기기(1000)는 프로세서(1010), 메모리 장치(1020), 저장 장치(1030), 입출력 장치(1040), 파워 서플라이(1050) 및 3차원 이미지 센서(1060)를 포함할 수 있다. 이 때, 3차원 이미지 센서(1060)는 도 16의 3차원 이미지 센서(600)에 상응할 수 있다. 한편, 도 9에는 도시되지 않았지만, 전자 기기(1000)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 포트(port)들을 더 포함할 수 있다.
프로세서(1010)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(1010)는 마이크로프로세서(micro-processor), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU)일 수 있다. 프로세서(1010)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus)를 통하여 메모리 장치(1020), 저장 장치(1030) 및 입출력 장치(1040)에 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(1010)는 주변 구성요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다. 메모리 장치(1020)는 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1020)는 동적 랜덤 액세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory; SRAM) 등과 같은 휘발성 메모리 장치 및 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM) 및 플래시 메모리 장치(flash memory device) 등과 같은 비휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(1030)는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive), 하드 디스크 드라이브(harddisk drive) 및 씨디롬(CD-ROM) 등을 포함할 수 있다. 입출력 장치(1040)는 키보드, 키패드, 마우스 등과 같은 입력 수단 및 프린터, 디스플레이 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1050)는 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 동작 전압을 공급할 수 있다.
3차원 이미지 센서(1060)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 프로세서(1010)와 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 3차원 이미지 센서(1060)는 단위 픽셀 어레이에 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있는데, 각각의 단위 픽셀들은 암전류 및/또는 누설전류에 기초하여 비행시간을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 단위 픽셀은 광학적으로 차폐되어 암전류를 발생시키고, 암전류를 비행시간 동안 누적시켜 누적 암전류를 생성하는 누적부, 누적 암전류에 기초하여 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부, 및 기 설정된 주기마다 누적부를 초기화시키는 초기화부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 단위 픽셀은 비행시간 동안 누설전류를 누적시켜 누적 누설전류를 생성하고, 기 설정된 주기마다 초기화되는 누적부, 누적 누설전류에 기초하여 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부, 및 광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예에 따라, 3차원 이미지 센서(1060)는 프로세서(1010)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 집적될 수도 있다. 한편, 전자 기기(1000)는 3차원 이미지 센서(1060)를 이용하는 모든 시스템으로 해석되어야 할 것이다.
3차원 이미지 센서(1060)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 3차원 이미지 센서(1060)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
도 20은 도 19의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 20을 참조하면, 전자 기기(1100)는 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1110), 3차원 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 3차원 이미지 센서(1140)의 CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.
나아가, 전자 기기(1100)는 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 전자 기기(1100)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있다. 한편, 전자 기기(1100)는 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 기기(1100)는 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선 랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 전자 기기(1100)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 이에 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 3차원 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 컴퓨터, 디지털 카메라, 3차원 카메라, 휴대폰, PDA, 스캐너, 차량용 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감지 시스템, 이미지 안정화 시스템 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 3차원 이미지 센서의 단위 화소
120: 누적부 140: 출력 전압 생성부
160: 제어부 180: 초기화부
500: 3차원 이미지 센서의 단위 화소
520: 누적부 540: 출력 전압 생성부
560: 제어부

Claims (10)

  1. 광학적으로 차폐되어 암전류를 발생시키고, 상기 암전류를 비행시간 동안 누적시켜 누적 암전류를 생성하는 누적부;
    상기 누적 암전류에 기초하여 상기 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부;
    광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 상기 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    기 설정된 주기마다 상기 누적부를 초기화시키는 초기화부를 포함하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 누적부는
    광학적으로 차폐되면 상기 암전류를 발생시키는 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 포토다이오드는 단위 픽셀 어레이에 부착된 온도 장치에 의해 일정한 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 초기화부는
    상기 기 설정된 주기마다 턴온됨으로써 상기 누적부를 초기화시키는 제 1 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 출력 전압 생성부는
    상기 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여 상기 누적 암전류를 전달하는 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 2 트랜지스터를 거쳐 전달되는 상기 누적 암전류에 기초하여 상기 출력 전압을 생성하는 제 3 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 광 신호가 검출되면 상기 제어 신호를 활성화시키는 광 감지 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  7. 비행시간 동안 누설전류를 누적시켜 누적 누설전류를 생성하고, 기 설정된 주기마다 초기화되는 누적부;
    상기 누적 누설전류에 기초하여 상기 비행시간에 상응하는 출력 전압을 생성하여 출력하는 출력 전압 생성부; 및
    광원에서 조사된 후 목표물에 반사되어 돌아온 광 신호에 응답하여 상기 출력 전압 생성부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 누적부는
    상기 기 설정된 주기마다 턴온됨으로써 초기화되고, 턴오프시에는 상기 누설전류를 흐르게 하는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 누설전류를 누적시켜 상기 누적 누설전류를 생성하는 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 출력 전압 생성부는
    상기 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여 상기 누적 누설전류를 전달하는 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 2 트랜지스터를 거쳐 전달되는 상기 누적 누설전류에 기초하여 상기 출력 전압을 생성하는 제 3 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 광 신호가 검출되면 상기 제어 신호를 활성화시키는 광 감지 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀.

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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8836835B2 (en) * 2010-10-04 2014-09-16 International Business Machines Corporation Pixel sensor cell with hold node for leakage cancellation and methods of manufacture and design structure
US9784835B1 (en) 2013-09-27 2017-10-10 Waymo Llc Laser diode timing feedback using trace loop
US9819930B2 (en) * 2015-05-26 2017-11-14 Omnivision Technologies, Inc. Time of flight imaging with improved initiation signaling
CN106534828A (zh) * 2015-09-11 2017-03-22 钰立微电子股份有限公司 应用于立体图像获取装置的控制器与立体图像获取装置
DE102015218484A1 (de) 2015-09-25 2017-03-30 pmdtechnologies ag Referenzpixelarray für einen Bildsensor
TW201725900A (zh) * 2016-01-06 2017-07-16 原相科技股份有限公司 影像感測器及使用其的影像擷取裝置
US10075663B2 (en) 2017-01-20 2018-09-11 Semiconductor Components Industries, Llc Phase detection pixels with high speed readout
US10271037B2 (en) 2017-01-20 2019-04-23 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with hybrid three-dimensional imaging
US10681295B2 (en) * 2017-10-30 2020-06-09 Omnivision Technologies, Inc. Time of flight camera with photon correlation successive approximation
US10598936B1 (en) * 2018-04-23 2020-03-24 Facebook Technologies, Llc Multi-mode active pixel sensor
JP7039411B2 (ja) * 2018-07-20 2022-03-22 株式会社東芝 光検出器、光検出システム、ライダー装置及び車
KR102098700B1 (ko) * 2018-11-16 2020-04-08 네메시스 주식회사 개선된 동적 범위와 노이즈 특성을 가지는 포토 센싱 장치
KR20210072423A (ko) * 2019-12-09 2021-06-17 에스케이하이닉스 주식회사 비행시간거리측정 방식의 센싱 시스템 및 이미지 센서
WO2023153375A1 (ja) * 2022-02-09 2023-08-17 国立大学法人静岡大学 距離計測装置及び距離計測方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010197227A (ja) 2009-02-25 2010-09-09 Kyushu Institute Of Technology イメージセンサー及びそれを用いた視差センサー並びに視差画像の生成方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4235729B2 (ja) 2003-02-03 2009-03-11 国立大学法人静岡大学 距離画像センサ
JP4280822B2 (ja) 2004-02-18 2009-06-17 国立大学法人静岡大学 光飛行時間型距離センサ
US8355117B2 (en) 2005-12-21 2013-01-15 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne Method and arrangement for measuring the distance to an object
JP5110535B2 (ja) 2006-03-31 2012-12-26 国立大学法人静岡大学 半導体測距素子及び固体撮像装置
US7573012B1 (en) * 2008-06-02 2009-08-11 Chip Goal Electronics Corporation Photo driver circuit with power saving function and method thereof
US9229096B2 (en) * 2011-07-27 2016-01-05 Semiconductor Components Industries, Llc Time-of-flight imaging systems
US8686367B2 (en) * 2012-03-01 2014-04-01 Omnivision Technologies, Inc. Circuit configuration and method for time of flight sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010197227A (ja) 2009-02-25 2010-09-09 Kyushu Institute Of Technology イメージセンサー及びそれを用いた視差センサー並びに視差画像の生成方法

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