特開 2022-111996 イメージセンシング装置及びその動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022111996

(43)【公開日】2022-08-01

(54)【発明の名称】イメージセンシング装置及びその動作方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/378 20110101AFI20220725BHJP

   H04N 5/357 20110101ALI20220725BHJP

【ＦＩ】

H04N5/378

H04N5/357

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021213333

(22)【出願日】2021-12-27

(31)【優先権主張番号】10-2021-0007819

(32)【優先日】2021-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】310024033

【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】特許業務法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ソン ジョン ウン

(72)【発明者】

【氏名】パク ユ ジン

(72)【発明者】

【氏名】ソ ソン ウク

(72)【発明者】

【氏名】シン ミン ソク

(72)【発明者】

【氏名】イ フ チャン

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CX03

5C024CY17

5C024EX12

5C024GX02

5C024GX16

5C024GX18

5C024GY39

5C024GY41

5C024HX09

5C024HX23

5C024HX29

5C024HX32

5C024HX50

(57)【要約】

【課題】読み出されたピクセル信号に基づいてＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換のためのオフセット電圧を設定し、ノイズ発生を減らすことができるイメージセンシング装置及びその動作方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態は、イメージセンシング装置に関するものであって、伝達信号に応答して電荷を伝達及び蓄積し、選択信号に応答して前記蓄積された電荷に対応するピクセル信号を読み出す単位ピクセルを含むピクセルアレイ、スイッチ信号に基づいて前記ピクセル信号及びランプ信号を比較し、距離情報信号を生成する信号変換器、及び前記ピクセル信号を読み出す区間で前記スイッチ信号を生成して前記信号変換器を初期化する信号制御機を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝達信号に応答して電荷を伝達及び蓄積し、単位ピクセルに提供された選択信号に応答して前記蓄積された電荷に対応するピクセル信号を読み出す単位ピクセルを含むピクセルアレイと、
スイッチ信号に基づいて前記ピクセル信号及びランプ信号を比較し、距離情報信号を生成する信号変換器と、
前記ピクセル信号を読み出す臨時区間で前記スイッチ信号を生成して前記信号変換器を初期化する信号制御機と、
を備えるイメージセンシング装置。

【請求項2】

前記信号制御機は、前記ピクセル信号を読み出す前記臨時区間で活性化される前記選択信号を生成し、前記選択信号が活性化されれば、前記スイッチ信号を第１の論理レベル及び第２の論理レベルの間で遷移させる請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項3】

前記信号変換器は、
前記ピクセル信号を受信して入力信号を生成する第１の入力部と、
前記ランプ信号を受信して基準信号を生成する第２の入力部と、
前記入力信号及び前記基準信号を比較し、比較信号を出力する比較部と、
前記スイッチ信号に応答して前記比較部の入力ノード及び出力ノードを選択的に連結するスイッチング部と、
前記比較信号に応答してクロック信号をカウントするカウンティング部と、
を備える請求項２に記載のイメージセンシング装置。

【請求項4】

前記スイッチ信号の遷移に応答して、前記スイッチング部はターン－オンされ、前記比較部の入力ノード及び出力ノードを連結する請求項３に記載のイメージセンシング装置。

【請求項5】

前記信号制御機は、前記スイッチ信号が遷移されれば活性化される前記伝達信号を生成し、前記活性化された伝達信号に応答して前記単位ピクセルは、前記ピクセル信号をリセットする請求項２に記載のイメージセンシング装置。

【請求項6】

前記単位ピクセルは、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積回路と、
リセット信号に応答して前記電荷蓄積回路をリセットするリセット回路と、
前記伝達信号に応答して前記電荷蓄積回路に前記電荷を伝達する伝達回路と、
前記選択信号に応答して前記電荷蓄積回路に蓄積された電荷に対応する前記ピクセル信号を生成する選択回路と、
を備える請求項５に記載のイメージセンシング装置。

【請求項7】

前記信号制御機は、前記ピクセル信号を読み出す区間で前記選択信号と同時に活性化される前記リセット信号を生成する請求項６に記載のイメージセンシング装置。

【請求項8】

前記活性化されたリセット信号及び前記活性化された伝達信号に各々応答して、前記リセット回路及び前記伝達回路は、前記電荷蓄積回路を初期化する請求項７に記載のイメージセンシング装置。

【請求項9】

前記信号制御機は、前記伝達信号が活性化されれば、低電圧から高電圧に次第に上昇する前記ランプ信号を生成する請求項５に記載のイメージセンシング装置。

【請求項10】

前記単位ピクセルは、
光信号及び第１の位相信号に応答して第１の電荷を生成し、前記選択信号に応答して前記第１の電荷に対応する第１のピクセル信号を生成する第１のピクセルと、
前記光信号及び第２の位相信号に応答して第２の電荷を生成し、前記選択信号に応答して前記第２の電荷に対応する第２のピクセル信号を生成する第２のピクセルと、
を含む請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項11】

前記信号変換器は、
前記第１のピクセル信号及び前記ランプ信号の電圧レベル差に対応する第１のカウント信号を生成する第１の信号変換部と、
前記第２のピクセル信号及び前記ランプ信号の電圧レベル差に対応する第２のカウント信号を生成する第２の比較部と、
前記第１のカウント信号及び前記第２のカウント信号を演算し、カウント値の差を前記距離情報信号として出力する論理演算部と、
を備える請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【請求項12】

前記第１及び第２の位相信号は、１８０度の位相差を有する請求項１０に記載のイメージセンシング装置。

【請求項13】

選択信号に応答して単位ピクセルに蓄積された第１及び第２の電荷にそれぞれ対応する第１及び第２のピクセル信号を読み出すステップと、
スイッチ信号に応答して前記読み出された第１及び第２のピクセル信号とランプ信号との間のオフセット電圧を設定するステップと、
伝達信号に応答して前記第１及び第２のピクセル信号をリセットするステップと、
前記ランプ信号に応答して前記リセットされた第１及び第２のピクセル信号の電圧変化差に対応する距離情報信号を生成するステップと、
を含むイメージセンシング装置の動作方法。

【請求項14】

前記選択信号は、前記第１及び第２のピクセル信号を読み出す区間で活性化され、前記選択信号が活性化されれば、スイッチ信号が第１の論理レベル及び第２の論理レベルの間で遷移される請求項１３に記載のイメージセンシング装置の動作方法。

【請求項15】

前記スイッチ信号が遷移されれば、前記伝達信号が活性化される請求項１４に記載のイメージセンシング装置の動作方法。

【請求項16】

前記伝達信号が活性化されれば、前記ランプ信号が低電圧から高電圧に次第に上昇する請求項１５に記載のイメージセンシング装置の動作方法。

【請求項17】

前記ランプ信号に応答して前記距離情報信号を生成するステップは、
前記ランプ信号と前記リセットされた第１のピクセル信号とを比較し、前記リセットされた第１のピクセル信号の電圧変化に対応する第１のカウント信号を生成するステップと、
前記ランプ信号と前記リセットされた第２のピクセル信号とを比較し、前記リセットされた第２のピクセル信号の電圧変化に対応する第２のカウント信号を生成するステップと、
前記第１のカウント信号及び前記第２のカウント信号を演算し、前記距離情報信号を生成するステップと、
を含む請求項１３に記載のイメージセンシング装置の動作方法。

【請求項18】

第１のピクセル及び第２のピクセルを含む単位ピクセルを備えるピクセルアレイを含むイメージセンシング装置の動作方法において、
第１のフォトダイオード出力に基づいて前記第１のピクセルで第１の電荷を蓄積するステップと、
第２のフォトダイオード出力に基づいて前記第２のピクセルで第２の電荷を蓄積するステップと、
前記第１の電荷に対応する前記第１のピクセルから第１のピクセル信号を読み出すステップと、
前記第２の電荷に対応する前記第２のピクセルから第２のピクセル信号を読み出すステップと、
前記第１のピクセル信号及び第２のピクセル信号をランプ信号と比較して電圧変化に対応する距離情報信号を生成するステップと、
を含み、
前記第１の電荷は、ａ）被写体からイメージセンシング装置に戻る反射信号に基づいて、ｂ）前記イメージセンシング装置から出力された光学信号と同じ位相である第１の位相信号に応答して蓄積され、前記第２の電荷は、ａ）前記反射信号に基づき、ｂ）前記イメージセンシング装置から出力された光学信号と異なる位相である第２の位相信号に応答して蓄積されるイメージセンシング装置の動作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体設計技術に関し、より詳細には、イメージセンシング装置及びその動作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンシング装置は、光に反応する半導体の性質を利用してイメージをキャプチャ（ｃａｐｔｕｒｅ）する素子である。イメージセンシング装置は、大別してＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたイメージセンシング装置と、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いたイメージセンシング装置とに区分されることができる。近年、アナログ及びデジタル制御回路を１つの集積回路（ＩＣ）上に直接実現できるという長所により、ＣＭＯＳを用いたイメージセンシング装置が多用されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の実施形態は、読み出されたピクセル信号に基づいてＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換のためのオフセット電圧を設定し、ノイズ発生を減らすことができるイメージセンシング装置及びその動作方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置は、伝達信号に応答して電荷を伝達及び蓄積し、選択信号に応答して前記蓄積された電荷に対応するピクセル信号を読み出す単位ピクセルを含むピクセルアレイと、スイッチ信号に基づいて前記ピクセル信号及びランプ信号を比較し、距離情報信号を生成する信号変換器と、前記ピクセル信号を読み出す区間で前記スイッチ信号を生成して前記信号変換器を初期化する信号制御機とを備えることができる。

【0005】

本発明のさらに他の実施形態に係るイメージセンシング装置の動作方法は、選択信号に応答して単位ピクセルに蓄積された第１及び第２の電荷に各々対応する第１及び第２のピクセル信号を読み出すステップと、スイッチ信号に応答して前記読み出された第１及び第２のピクセル信号とランプ信号との間のオフセット電圧を設定するステップと、伝達信号に応答して前記第１及び第２のピクセル信号をリセットするステップと、前記ランプ信号に応答して前記リセットされた第１及び第２のピクセル信号の電圧変化差に対応する距離情報信号を生成するステップとを含むことができる。

【発明の効果】

【0006】

本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置は、読み出されたピクセル信号に基づいてＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換のためのオフセット電圧を設定し、ピクセル信号をリセットした状態でＡ／Ｄ変換を行うことができる。オフセット電圧を設定し、Ａ／Ｄ変換を行う間、単位ピクセルに含まれるトランジスタ、すなわち、駆動トランジスタが同じ状態を維持できる。したがって、単位ピクセルのトランジスタの閾値電圧変化によるノイズ、例えば、固定パターンノイズ（ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ）を除去し、イメージセンシング装置から生成された距離情報信号の信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置を示すブロック図である。

【図2】図１に示されたピクセルアレイに含まれた単位ピクセルを示す回路図である。

【図3】図１に示された信号変換器を示すブロック図である。

【図4】図１に示されたイメージセンシング装置の動作を説明するためのタイミング図である。

【図5】本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置の動作を示す順序図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

【0009】

そして、明細書全体において、ある部分が他の部分と「接続」されているとするとき、これは、「直接的に接続」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に接続」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」または「備える」とするとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くことでなく、他の構成要素をさらに含むか、備えることができるということを意味する。また、明細書全体の記載において、一部構成要素を単数型に記載したとして、本発明がそれに限定されるものではなく、当該構成要素が複数個からなり得ることが分かるであろう。

【0010】

図１は、本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置のブロック図を示している。

【0011】

図１に示すように、イメージセンシング装置１００は、ＴＯＦ（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用して被写体２００との距離（ｄｅｐｔｈ）を表わす距離情報信号ＤＯＵＴを生成できる。例えば、イメージセンシング装置１００は、被写体２００に出力される第１の光信号ＭＳと被写体２００から反射される第２の光信号ＲＳとの位相差を検出することにより距離情報信号ＤＯＵＴを生成できる。イメージセンシング装置１００は、光発信機１１０、光受信機１２０、信号制御機１３０、ピクセルアレイ１４０、及び信号変換器１５０を備えることができる。

【0012】

光発信機１１０は、被写体２００に第１の光信号ＭＳを出力することができる。このとき、第１の光信号ＭＳは、周期的にトグリングする周期信号であることができる。

【0013】

光受信機１２０は、被写体２００から反射される第２の光信号ＲＳを受信できる。光受信機１２０は、第２の光信号ＲＳから周辺光（ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）などによる雑音を除去し、第１の光信号ＭＳに対応する第３の光信号ＲＳ’をピクセルアレイ１４０に提供することができる。

【0014】

信号制御機１３０は、ピクセルアレイ１４０及び信号変換器１５０を制御するための制御信号ＭＩＸＡ／Ｂ、ＲＯＷｓ、ＳＷ、ＶＲＡＭＰを生成できる。図１に示すように、信号制御機１３０は、位相信号生成部１３２、制御信号生成部１３４、及びランプ信号生成部１３６を備えることができる。

【0015】

位相信号生成部１３２は、互いに異なる位相を有する第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢを生成できる。例えば、第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢは、１８０度の位相差を有することができ、他の位相差が使用されることもできる。第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢは、第１の光信号ＭＳと同じ周期を有し、第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢのうち、いずれか１つは、第１の光信号ＭＳと同じ位相を有することができ、他の１つは、１８０度の位相差を有することができる。

【0016】

制御信号生成部１３４は、ピクセルアレイ１４０をロー別に制御するための複数のロー信号ＲＯＷｓを生成できる。例えば、制御信号生成部１３４は、ピクセルアレイ１４０の第１のローに配列されたピクセルを制御するための第１のロー信号を生成でき、ピクセルアレイ１４０の第ｎのローに配列されたピクセルを制御するための第ｎのロー信号を生成できる（ただし、「ｎ」は２より大きい自然数）。また、制御信号生成部１３４は、信号変換器１５０を初期化するスイッチ信号ＳＷを生成できる。

【0017】

ランプ信号生成部１３６は、ランプ信号ＶＲＡＭＰを生成して信号変換器１５０に送信することができる。ランプ信号ＶＲＡＭＰは、電圧レベルが低電圧から高電圧の間に決められた傾きで上昇する信号を含むことができる。

【0018】

ピクセルアレイ１４０は、第３の光信号ＲＳ’、第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢ、及び複数のロー信号ＲＯＷｓに基づいて複数のピクセル信号ＶＰＸｓを生成できる。ピクセルアレイ１４０は、被写体２００との距離を測定するための少なくとも１つの単位ピクセル１４２を含むことができる。例えば、単位ピクセルは、複数のロー信号ＲＯＷｓに基づいて選択されることができ、第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢと第３の光信号ＲＳ’とに基づいて第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂを生成できる。このような単位ピクセルの構成は、図２を参照してより具体的に説明しようとする。

【0019】

信号変換器１５０は、複数のピクセル信号ＶＰＸｓに基づいて被写体２００との距離を表わす距離情報信号ＤＯＵＴを生成できる。例えば、信号変換器１５０は、第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿ＢをそれぞれＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換し、Ａ／Ｄ変換された信号を演算して距離情報信号ＤＯＵＴを生成できる。

【0020】

図２は、図１に示されたピクセルアレイ１４０に含まれた単位ピクセルの回路図を示している。図２に示すように、１つの単位ピクセルは、第１のピクセルＴＡＰＡ及び第２のピクセルＴＡＰＢ対を含むことができる。

【0021】

第１のピクセルＴＡＰＡは、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、選択信号ＳＸ、及び第１の位相信号ＭＩＸＡに基づいて第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａを生成できる。このとき、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、及び選択信号ＳＸは、前述した複数のロー信号ＲＯＷｓに含まれる信号であることができる。図２に示すように、第１のピクセルＴＡＰＡは、第１のセンシング回路Ｐ１、第１のリセット回路ＲＴ１、第１の伝達回路ＴＴ１、第１の電荷蓄積回路Ｃ１、第１の駆動回路ＤＴ１、及び第１の選択回路ＳＴ１を備えることができる。

【0022】

第１のセンシング回路Ｐ１は、第１のノードＮ１と低電圧端との間に接続されることができる。第１のセンシング回路Ｐ１は、第１の位相信号ＭＩＸＡに応答して第３の光信号ＲＳ’に対応する第１の電荷を生成できる。例えば、第１のセンシング回路Ｐ１は、フォトダイオードを備えることができる。フォトダイオードは、第３の光信号ＲＳ’を受信し、これを第１の電荷と関連した第１のデジタル信号に変換し、変換された第１のデジタル信号を第１のノードＮ１に提供することができる。

【0023】

第１のリセット回路ＲＴ１は、高電圧端と第１のノードＮ１との間に接続されることができる。第１のリセット回路ＲＴ１は、リセット信号ＲＸに応答して第１のセンシング回路Ｐ１と第１の電荷蓄積回路Ｃ１とをリセットすることができる。例えば、第１のリセット回路ＲＴ１は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0024】

第１の伝達回路ＴＴ１は、第１のノードＮ１と第１のフローティング拡散（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードＦＤ１との間に接続されることができる。第１の伝達回路ＴＴ１は、伝達信号ＴＸに応答して第１の電荷蓄積回路Ｃ１をリセットし、第１のセンシング回路Ｐ１から生成された第１の電荷を第１の電荷蓄積回路Ｃ１に伝達することができる。本発明の実施形態によれば、第１のピクセルＴＡＰＡの読み出し区間で第１の伝達回路ＴＴ１は、伝達信号ＴＸに応答して第１の電荷蓄積回路Ｃ１をリセットすることができる。例えば、第１の伝達回路ＴＴ１は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0025】

第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、第１のフローティング拡散ノードＦＤ１と前記低電圧端との間に接続されることができる。前述したように、第１のピクセルＴＡＰＡの読み出し区間で第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、第１の伝達回路ＴＴ１によりリセットされることができる。例えば、第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、寄生キャパシタ及び／又は低電圧端と第１のフローティング拡散ノードＦＤ１との間に追加されたキャパシタを備えることができる。

【0026】

第１の駆動回路ＤＴ１は、高電圧端と第１の選択回路ＳＴ１との間に接続されることができる。第１の駆動回路ＤＴ１は、第１のフローティング拡散ノードＦＤ１にかかった電圧に基づき、高電圧端を介して供給される高電圧で第１のコラムラインＣＯＬ１を駆動できる。例えば、第１の駆動回路ＤＴ１は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0027】

第１の選択回路ＳＴ１は、第１の駆動回路ＤＴ１と第１のコラムラインＣＯＬ１との間に接続されることができる。第１の選択回路ＳＴ１は、選択信号ＳＸに応答して第１の駆動回路ＤＴ１と第１のコラムラインＣＯＬ１とを選択的に連結することができる。例えば、第１の選択回路ＳＴ１は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0028】

第２のピクセルＴＡＰＢは、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、選択信号ＳＸ、及び第２の位相信号ＭＩＸＢに基づいて第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂを生成できる。図２に示すように、第２のピクセルＴＡＰＢは、第２のセンシング回路Ｐ２、第２のリセット回路ＲＴ２、第２の伝達回路ＴＴ２、第２の電荷蓄積回路Ｃ２、第２の駆動回路ＤＴ２、及び第２の選択回路ＳＴ２を備えることができる。

【0029】

第２のセンシング回路Ｐ２は、第２のノードＮ２と低電圧端との間に接続されることができる。第２のセンシング回路Ｐ２は、第２の位相信号ＭＩＸＢに応答して第３の光信号ＲＳ’に対応する第２の電荷を生成できる。例えば、第２のセンシング回路Ｐ２は、フォトダイオードを備えることができる。フォトダイオードは、第３の光信号ＲＳ’を受信し、これを第２の電荷と関連した第２のデジタル信号に変換し、変換された第２のデジタル信号を第２のノードＮ２に提供することができる。

【0030】

第２のリセット回路ＲＴ２は、高電圧端と第２のノードＮ２との間に接続されることができる。第２のリセット回路ＲＴ２は、リセット信号ＲＸに応答して第２のセンシング回路Ｐ２と第２の電荷蓄積回路Ｃ２とをリセットすることができる。例えば、第２のリセット回路ＲＴ２は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0031】

第２の伝達回路ＴＴ２は、第２のノードＮ２と第２のフローティング拡散ノードＦＤ２との間に接続されることができる。第２の伝達回路ＴＴ２は、伝達信号ＴＸに応答して第２の電荷蓄積回路Ｃ２をリセットし、第２のセンシング回路Ｐ２から生成された前記第２の電荷を第２の電荷蓄積回路Ｃ２に伝達することができる。本発明の実施形態によれば、第２のピクセルＴＡＰＢの読み出し区間で第２の伝達回路ＴＴ１は、伝達信号ＴＸに応答して第２の電荷蓄積回路Ｃ２をリセットすることができる。例えば、第２の伝達回路ＴＴ２は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0032】

第２の電荷蓄積回路Ｃ２は、第２のフローティング拡散ノードＦＤ２と低電圧端との間に接続されることができる。前述したように、第２のピクセルＴＡＰＢの読み出し区間で第２の電荷蓄積回路Ｃ２は、第２の伝達回路ＴＴ２によりリセットされることができる。例えば、第２の電荷蓄積回路Ｃ２は、寄生キャパシタを備えることができる。

【0033】

第２の駆動回路ＤＴ２は、高電圧端と第２の選択回路ＳＴ２との間に接続されることができる。第２の駆動回路ＤＴ２は、第２のフローティング拡散ノードＦＤ２にかかった電圧に基づき、高電圧端を介して供給される高電圧で第２のコラムラインＣＯＬ２を駆動できる。例えば、第２の駆動回路ＤＴ２は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0034】

第２の選択回路ＳＴ２は、第２の駆動回路ＤＴ２と第２のコラムラインＣＯＬ２との間に接続されることができる。第２の選択回路ＳＴ２は、選択信号ＳＸに応答して第１の駆動回路ＤＴ２と第２のコラムラインＣＯＬ２とを選択的に連結することができる。例えば、第２の選択回路ＳＴ２は、ＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

【0035】

図３は、図１に示された信号変換器１５０の一例をブロック図で示している。

【0036】

信号変換器１５０は、第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂとランプ信号ＶＲＡＭＰとの電圧レベル差に対応する第１のカウント信号ＣＮＴ１及び第２のカウント信号ＣＮＴ２を生成できる。信号変換器１５０は、第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂを処理するために同じ構成を含むことができ、図３は、第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂのうち１つを処理する構成のみを代表に説明している。

【0037】

図３に示すように、信号変換器１５０は、第１及び第２の入力部Ｃ３、Ｃ４、第１及び第２のスイッチング部ＳＷ１、ＳＷ２、比較部３１０、及びカウンティング部３２０を備えることができる。例え、図３に示されてはいないが、信号変換器１５０は、第１のカウント信号ＣＮＴ１及び第２のカウント信号ＣＮＴ２を演算し、カウント値の差を距離情報信号ＤＯＵＴで出力する構成、例えば、論理演算部をさらに備えることができる。

【0038】

第１の入力部Ｃ３は、第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ（または、第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂ）を受信して入力信号ＶＩＮ＿ＡまたはＶＩＮ＿Ｂを生成できる。例えば、第１の入力部Ｃ３は、第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ（または、ＶＰＸ＿Ｂ）をサンプリングして入力信号ＶＩＮ＿ＡまたはＶＩＮ＿Ｂを生成するキャパシタを備えることができる。

【0039】

第２の入力部Ｃ４は、ランプ信号ＶＲＡＭＰを受信して基準信号ＶＲＥＦを生成できる。例えば、第２の入力部Ｃ４は、ランプ信号ＶＲＡＭＰをサンプリングして基準信号ＶＲＥＦを生成するキャパシタを備えることができる。

【0040】

比較部３１０は、入力信号ＶＩＮ＿ＡまたはＶＩＮ＿Ｂ及び基準信号ＶＲＥＦを比較し、比較信号ＶＯＵＴＰ＿ＡまたはＶＯＵＴＰ＿Ｂを出力できる。比較部３１０は、基準信号ＶＲＥＦの電圧レベルが入力信号ＶＩＮ＿ＡまたはＶＩＮ＿Ｂと同一になるまでに比較信号ＶＯＵＴＰ＿ＡまたはＶＯＵＴＰ＿Ｂを論理ハイまたはローレベルに維持することができる。

【0041】

第１及び第２のスイッチング部ＳＷ１、ＳＷ２は、比較部３１０の入力ノード及び出力ノードの間に連結されることができる。スイッチ信号ＳＷに応答して第１及び第２のスイッチング部ＳＷ１、ＳＷ２は、比較部３１０の入力ノード及び出力ノードの間を選択的に連結することができる。スイッチ信号ＳＷが遷移すれば、第１及び第２のスイッチング部ＳＷ１、ＳＷ２がターン－オン（ｔｕｒｎ－ｏｎ）されて、比較部３１０の入力ノード及び出力ノードを連結することができる。

【0042】

カウンティング部３２０は、比較信号ＶＯＵＴＰ＿ＡまたはＶＯＵＴＰ＿Ｂに応答してクロック信号ＣＬＫをカウントし、カウント信号ＣＮＴ１またはＣＮＴ２を出力できる。カウンティング部３２０は、比較信号ＶＯＵＴＰ＿ＡまたはＶＯＵＴＰ＿Ｂの論理レベルが維持される区間に対応するカウント値を有するカウント信号ＣＮＴ１またはＣＮＴ２を出力できる。

【0043】

図４は、図１に示されたイメージセンシング装置１００の動作を説明するためのタイミング図を示している。

【0044】

図４に示すように、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＰＢは、リセット信号ＲＸ及び伝達信号ＴＸに応答してリセット区間ＲＥＳＥＴの間、リセット動作を行うことができる。すなわち、リセット信号ＲＸが活性化されれば、第１のピクセルＴＡＰＡの第１のセンシング回路Ｐ１及び第２のピクセルＴＡＰＢの第２のセンシング回路Ｐ２がリセットされ得る。また、リセット信号ＲＸ及び伝達信号ＴＸの活性化に応答して、第１のピクセルＴＡＰＡの第１の電荷蓄積回路Ｃ１及び第２のピクセルＴＡＰＢの第２の電荷蓄積回路Ｃ２がリセットされ得る。

【0045】

次いで、露出区間ＥＸＰＯＳＵＲＥの間、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＰＢは、第３の光信号ＲＳ’、伝達信号ＴＸ、及び第１及び第２の位相信号ＭＩＸＡ、ＭＩＸＢに基づいて第１及び第２の電荷を生成し、伝達及び蓄積することができる。例えば、第１のセンシング回路Ｐ１は、第３の光信号ＲＳ’及び第１の位相信号ＭＩＸＡに基づいて第１の電荷を生成できる。第１のピクセルＴＡＰＡの第１の伝達回路ＴＴ１が伝達信号ＴＸに応答して第１の電荷を伝達すれば、第１の電荷蓄積回路Ｃ１は、第１の電荷を蓄積することができる。同様に、第２のセンシング回路Ｐ２は、第３の光信号ＲＳ’及び第２の位相信号ＭＩＸＢに基づいて第２の電荷を生成できる。第２のピクセルＴＡＰＢの第２の伝達回路ＴＴ２が伝達信号ＴＸに応答して第２の電荷を伝達すれば、第２の電荷蓄積回路Ｃ２は、第２の電荷を蓄積することができる。このとき、第１の位相信号ＭＩＸＡ及び第２の位相信号ＭＩＸＢは、１８０度の位相差を有することができる。

【0046】

第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＴＢの読み出し区間ＲＥＡＤＯＵＴの間、リセット信号ＲＸ及び選択信号ＳＸが論理ハイレバルに活性化され得る。第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＴＢは、選択信号ＳＸに応答して第１及び第２の電荷蓄積回路Ｃ１、Ｃ２に蓄積された第１及び第２の電荷に対応する第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂを読み出すことができる。

【0047】

例えば、第１のピクセルＴＡＰＡで第１の選択回路ＳＴ１は、選択信号ＳＸの活性化に応答して第１の駆動回路ＤＴ１と第１のコラムラインＣＯＬ１とを電気的に連結することができる。第１の駆動回路ＤＴ１は、第１のフローティング拡散ノードＦＤ１にかかった電圧によって高電圧で第１のコラムラインＣＯＬ１を駆動することで、第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａを読み出すことができる。

【0048】

同様に、第２のピクセルＴＡＰＢで第２の選択回路ＳＴ２は、選択信号ＳＸの活性化に応答して第２の駆動回路ＤＴ２と第２のコラムラインＣＯＬ２とを電気的に連結することができる。第２の駆動回路ＤＴ２は、第２のフローティング拡散ノードＦＤ２にかかった電圧によって高電圧で第２のコラムラインＣＯＬ２を駆動することで、第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂを読み出すことができる。

【0049】

本発明の実施形態によって、読み出し区間ＲＥＡＤＯＵＴの初期にスイッチ信号ＳＷが論理ローレベル及び論理ハイレバルの間で遷移されることができる。信号制御機１３０の制御信号生成部１３４は、読み出し区間ＲＥＡＤＯＵＴで選択信号ＳＸを活性化し、選択信号ＳＸが活性化されれば、スイッチ信号ＳＷを論理ローレベル及び論理ハイレバルの間に遷移させることができる。

【0050】

スイッチ信号ＳＷの遷移に応答して信号変換器１５０が初期化され得る。すなわち、スイッチ信号ＳＷの遷移に応答して第１及び第２のスイッチング部ＳＷ１、ＳＷ２がターン－オンされ、比較部３１０の入力ノード及び出力ノードを連結することができる。これにより、読み出された第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂとランプ信号ＶＲＡＭＰとの間のオフセット電圧が第１及び第２の入力部Ｃ３、Ｃ４に保存され得る。したがって、信号変換器１５０の初期化動作は、比較部３１０の入力オフセット電圧を相殺させるオートゼロイング（ａｕｔｏ－ｚｅｒｏｉｎｇ）動作を含むことができる。

【0051】

スイッチ信号ＳＷが遷移された後に、信号制御機１３０の制御信号生成部１３４は、伝達信号ＴＸを活性化することができる。読み出し区間ＲＥＡＤＯＵＴにおいてリセット信号ＲＸが論理ハイレバルである状態で伝達信号ＴＸが活性化されれば、第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂがリセットされ得る。すなわち、第１及び第２のリセット回路ＲＴ１、ＲＴ２及び第１及び第２の伝達回路ＴＴ１、ＴＴ２が活性化されたリセット信号ＲＸ及び伝達信号ＴＸに応答して第１及び第２の電荷蓄積回路Ｃ１、Ｃ２を初期化できる。したがって、第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂ、すなわち、入力信号ＶＩＮ＿Ａ、ＶＩＮ＿Ｂがリセットされた電圧変化△ＶＰＸ＿Ａ、△ＶＰＸ＿Ｂの分だけ上昇しうる。

【0052】

伝達信号ＴＸが活性化された後に、信号制御機１３０のランプ信号生成部１３６は、低電圧から高電圧に次第に上昇するランプ信号ＶＲＡＭＰを生成できる。ランプ信号ＶＲＡＭＰに比例して基準信号ＶＲＥＦの電圧レベルも上昇することができる。したがって、比較部３１０は、入力信号ＶＩＮ＿Ａ、ＶＩＮ＿Ｂ及び基準信号ＶＲＥＦを比較し、基準信号ＶＲＥＦの電圧レベルが入力信号ＶＩＮ＿Ａ、ＶＩＮ＿Ｂと同一になるまでに比較信号ＶＯＵＴＰ＿Ａ、ＶＯＵＴＰ＿Ｂを論理ハイまたは論理ローレベルに維持することができる。

【0053】

つまり、カウンティング部３２０は、基準信号ＶＲＥＦがランピングする時点から比較信号ＶＯＵＴＰ＿Ａ、ＶＯＵＴＰ＿Ｂの論理レベルが変わる時点までクロック信号ＣＬＫをカウントして、電圧変化△ＶＰＸ＿Ａ、△ＶＰＸ＿Ｂにそれぞれ対応する第１及び第２のカウント信号ＣＮＴ１、ＣＮＴ２を生成できる。信号変換器１５０は、第１及び第２のカウント信号ＣＮＴ１、ＣＮＴ２を演算し、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＴＢで生成された第１及び第２の電荷の差に対応する距離情報信号ＤＯＵＴを出力できる。

【0054】

図５は、本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置の動作を示す順序図である。

【0055】

ステップＳ５１０において、ピクセルアレイ１４０の単位ピクセルは、選択信号ＳＸに応答して第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂを読み出すことができる。読み出し区間ＲＥＡＤＯＵＴで信号制御機１３０の制御信号生成部１３４は、選択信号ＳＸを論理ハイレバルに活性化することができる。選択信号ＳＸが活性化されれば、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＴＢは、第１及び第２の電荷蓄積回路Ｃ１、Ｃ２に蓄積された第１及び第２の電荷に対応する第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂを読み出すことができる。

【0056】

ステップＳ５２０において、信号変換器１５０は、読み出された第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂとランプ信号ＶＲＡＭＰとの間のオフセット電圧を設定できる。読み出し区間ＲＥＡＤＯＵＴで選択信号ＳＸが論理ハイレバルに活性化された後、制御信号生成部１３４は、スイッチ信号ＳＷを論理ローレベル及び論理ハイレバルの間で遷移させることができる。スイッチ信号ＳＷの遷移に応答して信号変換器１５０のスイッチング部ＳＷ１、ＳＷ２がターン－オンされ、読み出された第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂとランプ信号ＶＲＡＭＰとの間のオフセット電圧が第１及び第２の入力部Ｃ３、Ｃ４に保存されることができる。

【0057】

ステップＳ５３０において、ピクセルアレイ１４０の単位ピクセルは、選択信号ＴＸに応答して第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂをリセットすることができる。スイッチ信号ＳＷを遷移した後、制御信号生成部１３４は、伝達信号ＴＸを論理ハイレバルに活性化することができる。伝達信号ＴＸが活性化されれば、第１及び第２のピクセルＴＡＰＡ、ＴＡＴＢは、第１及び第２の電荷蓄積回路Ｃ１、Ｃ２を初期化させ、第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂがリセットされ得る。

【0058】

ステップＳ５４０において、信号変換器１５０は、ランプ信号ＶＲＡＭＰに応答してリセットされた第１及び第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａ、ＶＰＸ＿Ｂの電圧変化△ＶＰＸ＿Ａ、△ＶＰＸ＿Ｂ差に対応する距離情報信号ＤＯＵＴを生成できる。伝達信号ＴＸが活性化されれば、信号制御機１３０のランプ信号生成部１３６は、ランプ信号ＶＲＡＭＰを低電圧から高電圧に次第に上昇させることができる。

【0059】

信号変換器１５０は、上昇するランプ信号ＶＲＡＭＰとリセットされた第１のピクセル信号ＶＰＸ＿Ａとを比較し、電圧変化△ＶＰＸ＿Ａに対応する第１のカウント信号ＣＮＴ１を生成できる。また、信号変換器１５０は、上昇するランプ信号ＶＲＡＭＰとリセットされた第２のピクセル信号ＶＰＸ＿Ｂとを比較し、電圧変化△ＶＰＸ＿Ｂに対応する第２のカウント信号ＣＮＴ２を生成できる。信号変換器１５０は、第１のカウント信号ＣＮＴ１及び第２のカウント信号ＣＮＴ２を演算し、電圧変化△ＶＰＸ＿Ａ、△ＶＰＸ＿Ｂ差に対応する距離情報信号ＤＯＵＴを生成できる。

【0060】

本発明の技術思想は、上記の好ましい実施形態によって具体的に記述されたが、以上で説明した実施形態は、その説明のためのものであり、その制限のためのものでないことに注意すべきである。また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形、及び変更により様々な実施形態が可能であることが理解できるであろう。

【符号の説明】

【0061】

１００ イメージセンシング装置
２００ 被写体
１１０ 光発信機
１２０ 光受信機
１３０ 信号制御機
１３２ 位相信号生成部
１３４ 制御信号生成部
１３６ ランプ信号生成部
１４０ ピクセルアレイ
１５０ 信号変換器
３１０ 比較部
３２０ カウンティング部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】