特開 2024-82238 距離測定のための装置

(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】P2024082238

(43)【公開日】2024-06-19

(54)【発明の名称】距離測定のための装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/02 20060101AFI20240612BHJP

   G01S 7/34 20060101ALI20240612BHJP

   G01S 13/89 20060101ALI20240612BHJP

【ＦＩ】

G01S7/02 210

G01S7/34

G01S13/89

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023190695

(22)【出願日】2023-11-08

(31)【優先権主張番号】10-2022-0169698

(32)【優先日】2022-12-07

(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】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イ ソン ヨン

(72)【発明者】

【氏名】ソン チョン ウン

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB17

5J070AB24

5J070AC01

5J070AC02

5J070AC06

5J070AD05

5J070AD08

5J070AE01

5J070AE09

5J070AH35

5J070BA01

5J070BE01

(57)【要約】

【課題】ＴＯＦセンサの距離測定性能を向上させる。
【解決手段】本開示の実施例によるイメージセンサは、２個以上のピクセル３５と、第１モードにおいて、ピクセル３５それぞれに互いに１８０度の位相差を有する第１変調電圧および第２変調電圧を提供し、第２モードにおいて、ピクセル３５のうち第１ピクセルに第１変調電圧を、ピクセル３５のうち第２ピクセルに第２変調電圧を提供する制御回路４０と、を含むことができる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２個以上のピクセルと、
第１モードにおいて、前記ピクセルそれぞれに互いに１８０度の位相差を有する第１変調電圧および第２変調電圧を提供し、
第２モードにおいて、前記ピクセルのうち第１ピクセルに前記第１変調電圧を、前記ピクセルのうち第２ピクセルに前記第２変調電圧を提供する制御回路と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。

【請求項2】

前記２個以上のピクセルは、
２×２アレイに配列された４個のピクセルを含む単位ピクセルであることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項3】

前記単位ピクセルの頂点それぞれに対応するように配置された第１タップ、第２タップ、第３タップ、および第４タップと、
前記単位ピクセルの内側に配置された第５タップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。

【請求項4】

前記制御回路は、
前記第１モードにおいて、前記第１タップ、前記第２タップ、前記第３タップ、および前記第４タップに前記第１変調電圧を、前記第５タップに前記第２変調電圧を提供し、
前記第２モードにおいて、前記第１タップに前記第１変調電圧を、前記第４タップに前記第２変調電圧を提供することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

前記制御回路は、
前記第２モードにおいて、前記第２タップ、前記第３タップ、および前記第５タップをフローティングさせることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

前記第１モードにおいて、前記４個のピクセルに生成された光電荷は、それぞれ前記第１タップ、前記第２タップ、前記第３タップ、または前記第４タップのうちのいずれか１つのタップおよび前記第５タップによってキャプチャされ、
前記第２モードにおいて、前記光電荷は、前記第１タップおよび前記第４タップによってキャプチャされることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。

【請求項7】

前記第１モードにおいて、前記第１タップ、前記第２タップ、前記第３タップ、前記第４タップ、および前記第５タップでキャプチャされた前記光電荷に対応する第１タイプのピクセルデータを取得し、
前記第２モードにおいて、前記第１タップおよび前記第４タップでキャプチャされた前記光電荷に対応する第２タイプのピクセルデータを取得する読み出し回路をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。

【請求項8】

前記第１ピクセルおよび前記第２ピクセルは、
前記単位ピクセルの頂点のうち、互いに対角線方向に位置する頂点に対応するように配置されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。

【請求項9】

前記第１ピクセルに配置された第１タップおよび第２タップと、
前記第２ピクセルに配置された第３タップおよび第４タップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項10】

前記制御回路は、
前記第１モードにおいて、前記第１タップおよび前記第３タップに前記第１変調電圧を、前記第２タップおよび前記第４タップに前記第２変調電圧を提供し、
前記第２モードにおいて、前記第１タップに前記第１変調電圧を、前記第４タップに前記第２変調電圧を提供することを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサ。

【請求項11】

前記制御回路は、
前記第２モードにおいて、前記第２タップおよび前記第３タップをフローティングさせることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。

【請求項12】

光源を介して第１位相に対応する変調光を出力するステップと、
２個以上のピクセルを介して、前記変調光が外部物体によって反射された反射光から光電荷を生成するステップと、
モードに応じて、第１モードにおいて前記ピクセルそれぞれに前記第１位相に対応する第１変調電圧、および前記第１変調電圧と１８０度の位相差を有する第２変調電圧を提供するか、第２モードにおいて前記ピクセルのうち第１ピクセルに前記第１変調電圧を、前記ピクセルのうち第２ピクセルに前記第２変調電圧を提供するステップと、
前記第１変調電圧および前記第２変調電圧によってキャプチャされた前記光電荷を利用して前記外部物体との距離を識別するステップと、を含むことを特徴とする距離測定方法。

【請求項13】

前記第１モードまたは前記第２モードに応じて前記第１変調電圧および前記第２変調電圧を提供するステップは、
２×２アレイに配列された４個のピクセルを含む単位ピクセル、前記単位ピクセルの頂点それぞれに対応するように配置された第１タップ、第２タップ、第３タップ、および第４タップ、並びに前記単位ピクセルの内側に配置された第５タップを利用して、
前記第１モードにおいて、前記第１タップ、前記第２タップ、前記第３タップ、および前記第４タップに前記第１変調電圧を、前記第５タップに前記第２変調電圧を提供するステップと、
前記第２モードにおいて、前記第１タップに前記第１変調電圧を、前記第４タップに前記第２変調電圧を提供するステップと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の距離測定方法。

【請求項14】

前記キャプチャされた光電荷を利用して前記距離を識別するステップは、前記第１モードにおいて、
前記４個のピクセルに生成された前記光電荷が、それぞれ前記第１タップ、前記第２タップ、前記第３タップ、または前記第４タップのうちのいずれか１つのタップおよび前記第５タップによってキャプチャされるステップと、
読み出し回路を介して前記第１タップ、前記第２タップ、前記第３タップ、前記第４タップ、および前記第５タップでキャプチャされた前記光電荷に対応する第１タイプのピクセルデータを取得するステップと、
前記第１タイプのピクセルデータを利用して前記距離を識別するステップと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。

【請求項15】

前記キャプチャされた光電荷を利用して前記距離を識別するステップは、前記第２モードにおいて、
前記単位ピクセルに生成された前記光電荷が前記第１タップおよび前記第４タップによってキャプチャされるステップと、
読み出し回路を介して前記第１タップおよび前記第４タップでキャプチャされた前記光電荷に対応する第２タイプのピクセルデータを取得するステップと、
前記第２タイプのピクセルデータを利用して前記距離を識別するステップと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の距離測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＴＯＦ（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用して外部物体との距離を測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、セキュリティ、医療機器、自動車、ゲーム機、ＶＲ／ＡＲ、モバイル機器など様々な分野で外部物体との距離を測定するイメージセンサに対する需要が増加している。距離を測定する方式には、三角測量（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）方式、飛行時間距離測定（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ、以下、ＴＯＦ）方式、および干渉法（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）などが含まれる。そのうち、ＴＯＦ方式は、光または信号などの飛行時間、すなわち光または信号を出力した後、外部物体から反射されてくる時間を測定して距離を計算する方式であって、活用範囲が広く、処理速度が速く、コスト面でも有利であるという長所がある。

【0003】

ＴＯＦ方式の中でも、間接（ｉｎｄｉｒｅｃｔ）ＴＯＦ方式は、光源を介して変調された光波（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅ、以下、変調光）を放出し、変調光は、正弦波、パルストレイン、または他の周期的な波形を有することができる。ＴＯＦセンサは、観測された場面内の表面から前記変調光が反射された反射光を検出する。電子装置は、放出された変調光と受信された反射光との間の位相差を測定して、ＴＯＦセンサと前記場面内の外部物体との間の物理的距離（または、深度）を算出することになる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＴＯＦセンサは、ピクセルに変調電圧を印加することでピクセル内にピクセル電流を発生させ、前記ピクセル電流に応じて移動する光電荷をキャプチャして変調光と反射光との間の位相差を測定することになる。このとき、前記ピクセル電流は、ピクセルの大きさが減少するほど、および／または印加される変調電圧間の電圧差が大きいほど増加する。ただし、ピクセル内にピクセル電流が一定レベル以上発生すると、ＴＯＦセンサの電源消費量が増加し、印加される電圧間の差に比べて光電荷がキャプチャされる効率が低下するという問題がある。例えば、ピクセルの大きさ（または、ピクセルの横長や縦長）が５μｍ以下の場合には、ピクセル電流が一定レベル以上発生することによって、ＴＯＦセンサの距離測定性能が低下する可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の実施例によるイメージセンサは、２個以上のピクセルと、第１モードにおいて、前記ピクセルそれぞれに互いに１８０度の位相差を有する第１変調電圧および第２変調電圧を提供し、第２モードにおいて、前記ピクセルのうち第１ピクセルに前記第１変調電圧を、前記ピクセルのうち第２ピクセルに前記第２変調電圧を提供する制御回路と、を含むことができる。

【0006】

本開示の実施例による距離測定方法は、光源を介して第１位相に対応する変調光を出力するステップと、２個以上のピクセルを介して、前記変調光が外部物体によって反射された反射光から光電荷を生成するステップと、モードに応じて、第１モードにおいて前記ピクセルそれぞれに前記第１位相に対応する第１変調電圧、および前記第１変調電圧と１８０度の位相差を有する第２変調電圧を提供するか、第２モードにおいて前記ピクセルのうち第１ピクセルに前記第１変調電圧を、前記ピクセルのうち第２ピクセルに前記第２変調電圧を提供するステップと、前記第１変調電圧および前記第２変調電圧によってキャプチャされた前記光電荷を利用して前記外部物体との距離を識別するステップと、を含むことができる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ＴＯＦセンサのピクセル内に流れるピクセル電流を減少させて、ＴＯＦセンサの電源消費量を減少させ、光電荷がキャプチャされる効率を増加させ、ＴＯＦセンサの距離測定性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施例による電子装置の構成を概略的に説明するための図である。

【図2】本発明の実施例によるピクセルアレイの一例を説明するための図である。

【図3】本発明の実施例によるピクセルアレイの他の例を説明するための図である。

【図4】本発明の実施例によって、第１モードにおいてピクセルに提供される変調電圧を説明するための図である。

【図5】本発明の実施例によって、第２モードにおいてピクセルに提供される変調電圧を説明するための図である。

【図6】本発明の実施例によって、ピクセルに変調電圧を伝達する信号線を説明するための図である。

【図7】本発明の実施例によって、第１モードにおいてピクセルを読み出す方式を説明するための図である。

【図8】本発明の実施例によって、第２モードにおいてピクセルを読み出す方式を説明するための図である。

【図9】本発明の実施例によって、モードに応じて互いに異なる方式で変調電圧を提供する方法の流れを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本明細書または出願に開示されている本発明の概念による実施例についての特定の構造上および機能上の説明は、単に本発明の概念による実施例を説明する目的で例示されたものであり、本発明の概念による実施例は様々な形態で実施することができ、本明細書または出願に説明される実施例に限定されるものと解釈されてはならない。

【0010】

以下では、本発明が属する技術分野において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ほど詳細に説明するために、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施例による電子装置（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）の構成を概略的に説明するための図である。

【0012】

図１を参照すると、電子装置１００は、ＴＯＦ（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用して外部物体１との距離を測定できる。ＴＯＦ方式は、外部物体１に向かって変調光を照射し（ｅｍｉｔ）、外部物体１から反射されて入射される反射光を感知し、変調光と反射光との間の位相差（ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）に基づいて間接的（ｉｎｄｉｒｅｃｔ）に電子装置１００と外部物体１との間の距離を測定する方式を意味することができる。

【0013】

図１を参照すると、電子装置１００は、光源１０、レンズモジュール２０、ピクセルアレイ３０、制御回路４０、および距離測定モジュール５０を含むことができる。

【0014】

光源１０は、制御回路４０から提供される光変調信号ＭＬＳに応答して外部物体１に光を照射することができる。光源１０は、特定の波長帯域の光（例えば、近赤外線、赤外線、可視光）を発光するレーザーダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ；ＬＤ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）、近赤外線レーザー（Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｌａｓｅｒ；ＮＩＲ）、点光源、白色ランプとモノクロメータ（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ）が組み合わせられた単色（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ）照明源、または他のレーザー光源の組み合わせであり得る。例えば、光源１０は、８００ｎｍ～１０００ｎｍの波長を有する赤外線を発光することができる。光源１０から照射される光は、予め定められた周波数で変調された変調光（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ）であり得る。すなわち、光源１０は、第１位相に対応する変調光を出力できる。第１位相は、指定された周期に従って活性化電圧（例えば、１．２Ｖ）と非活性化電圧（例えば、０Ｖ）が繰り返される位相であり得る。図１では、説明の便宜のため、１つの光源１０のみを示しているが、複数の光源がレンズモジュール２０の周辺に配列されてもよい。

【0015】

レンズモジュール２０は、外部物体１から反射された光を収集してピクセルアレイ３０のピクセル３５に集中させることができる。レンズモジュール２０は、ガラスまたはプラスチック表面の集中レンズあるいは他の円筒形光学元素を含むことができる。レンズモジュール２０は、光軸を中心に整列された複数のレンズを含むことができる。

【0016】

ピクセルアレイ３０は、二次元マトリックス構造で連続して配列された複数のピクセル３５を含むことができる。例えば、ピクセルアレイ３０は、ロー（ｒｏｗ）方向およびカラム（ｃｏｌｕｍｎ）方向に連続して配列されたピクセル３５を含むことができる。ピクセル３５は、ピクセルアレイ３０上において、同じ形態が繰り返し配列される最小単位であり得る。

【0017】

ピクセル３５それぞれは、半導体基板に形成されることができ、各ピクセル３５は、レンズモジュール２０を介して受信された光を、光の強度に対応する電気信号に変換してピクセル信号を出力することができる。前記ピクセル信号は、電子装置１００と外部物体１との間の距離を測定するのに利用されることができる。

【0018】

ピクセル３５は、ＣＡＰＤ（ｃｕｒｒｅｎｔ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）ピクセル、ＶＦＭ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）ピクセル、ＧＡＰＤ（ｇａｔｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）ピクセル、ＱＥＭ（ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ピクセル、またはＰＰＤ（ｐｉｎｎｅｄ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）ピクセルのうちのいずれか１つであり得る。例えば、ピクセル３５がＣＡＰＤピクセルである場合、ピクセル３５は、入射光によって基板内で生成された光電荷を、電圧差によるホール電流（ｈｏｌｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）を利用してキャプチャすることができる。各ピクセル３５のより詳細な構造については、図２および図３を参照して後述する。また、本開示では、説明の便宜のため、ＣＡＰＤピクセル構造であることを前提にして主に説明するが、本開示による技術的思想は、ＧＡＰＤ、ＱＥＭ、ＰＰＤ方式にも適用可能である。

【0019】

制御回路４０は、ロードライバ（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）４１、復調ドライバ（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｒｉｖｅｒ）４２、光源ドライバ（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｄｒｉｖｅｒ）４３、およびタイミングコントローラ（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｔ／Ｃ）４４を含むことができる。

【0020】

制御回路４０（例えば、ロードライバ４１、復調ドライバ４２）は、タイミングコントローラ４４から出力されたタイミング信号に応答して、ピクセルアレイ３０のピクセル３５を駆動することができる。

【0021】

制御回路（例えば、ロードライバ４１）は、ピクセルアレイ３０の複数のローライン（ｒｏｗ ｌｉｎｅｓ）のうち少なくとも１つのローラインを選択および制御できる制御信号を生成することができる。前記制御信号は、リセットトランジスタを制御するリセット信号（ｒｅｓｅｔ ｓｉｇｎａｌ）、検出領域に蓄積された光電荷の伝達を制御する伝送信号（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｉｇｎａｌ）、選択トランジスタを制御する選択信号（ｓｅｌｅｃｔ ｓｉｇｎａｌ）のうち少なくとも一部を含むことができる。

【0022】

制御回路（例えば、復調ドライバ４２）は、ピクセル３５の基板内にピクセル電流（ｐｉｘｅｌ ｃｕｒｒｅｎｔ）（例えば、ホール電流）を発生させるための駆動信号（ｄｒｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ）を生成および出力することができる。前記ピクセル電流は、基板から生成された光電荷を検出領域（例えば、タップ）方向に移動させるための電流であり得る。

【0023】

図１においては、ロードライバ４１と復調ドライバ４２が互いに独立した構成であるとして示されたが、これは一つの例示であり、ロードライバ４１と復調ドライバ４２は一つの構成で具現され、ピクセルアレイ３０の一側に配置されてもよい。

【0024】

光源ドライバ４３は、タイミングコントローラ４４の制御によって光源１０を駆動させることが可能な光変調信号ＭＬＳを生成することができる。光変調信号ＭＬＳは、指定された周波数で変調された信号であり得る。

【0025】

タイミングコントローラ４４は、ロードライバ４１、復調ドライバ４２、光源ドライバ４３および読み出し回路４５の動作を制御するためのタイミング信号を生成することができる。

【0026】

読み出し回路４５は、タイミングコントローラ４４の制御によってピクセルアレイ３０から出力されるピクセル信号を処理して、デジタル信号形態のピクセルデータを生成することができる。例えば、読み出し回路４５は、ピクセルアレイ３０から出力されたピクセル信号に対してＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）を行うことができる。電子装置１００は、ＣＤＳを通じて前記ピクセル信号に含まれた読み出しノイズを減少させることができる。また、読み出し回路４５は、ＣＤＳが行われた出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含むことができる。さらに、読み出し回路４５は、ＡＤＣから出力されるピクセルデータを一時的に記憶し、タイミングコントローラ４４の制御によって外部に出力するためのバッファ回路を含むことができる。

【0027】

ピクセル３５から読み出し回路４５にピクセル信号を伝達するためのカラムラインは、ピクセルアレイ３０の１カラム当たり少なくとも１個ずつ備えられることができ、各カラムラインから出力されるピクセル信号を処理するための構成も各カラムラインに対応して備えられることができる。

【0028】

距離測定モジュール５０は、読み出し回路４５からピクセルデータを受信することができ、前記ピクセルデータに基づいて外部物体１との距離（または、深度）を識別することができる。例えば、光源１０が、電子装置１００が撮影する場面に向かって予め定められた周波数で変調された変調光を照射し、電子装置１００は、場面内の外部物体１から反射された反射光（または、入射光）を感知すると、変調光と反射光との間には電子装置１００と外部物体１との間の距離に応じた時間遅延（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ）が存在することになる。変調光の位相が第１位相に対応する場合、反射光の位相は、前記第１位相と一定の位相差を有する第２位相に対応できる。距離測定モジュール５０は、前記ピクセルデータに基づいて、反射光に対応する第２位相を識別できる。また、距離測定モジュール５０は、前記第１位相と前記第２位相との間の位相差に基づいて、外部物体１との距離を識別できる。電子装置１００は、変調光と反射光の位相差を利用して、各ピクセル３５ごとの深度情報を含む深度イメージを生成することができる。

【0029】

図１において、イメージセンサについては別途に示していないが、図１に示す構成のうちピクセルアレイ３０、ロードライバ４１、復調ドライバ４２、および読み出し回路４５は、イメージセンサに含まれた構成として理解され得る。

【0030】

図２は、本発明の実施例によるピクセルアレイの一例を説明するための図である。

【0031】

図２に示すピクセルアレイ２００は、図１のピクセルアレイ３０の一例に該当することができる。また、図２に示す各ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４は、図１のピクセル３５にそれぞれ対応することができる。

【0032】

図２を参照すると、ピクセルアレイ２００は、２個以上のピクセル２１１、２１２、２１３、２１４を含むことができる。例えば、ピクセルアレイ２００には、第１ピクセル２１１、第２ピクセル２１２、第３ピクセル２１３、および第４ピクセル２１４が含まれることができる。第１ピクセル２１１、第２ピクセル２１２、第３ピクセル２１３、および第４ピクセル２１４は、２×２アレイに配列されて単位ピクセルを形成することができる。本開示において、２×２アレイに配列された４個のピクセルが一つの単位ピクセルを構成することを前提にして説明するが、これは説明の便宜のためのものであり、単位ピクセルは、２個のピクセルを含むか、３×３に配列された９個のピクセルを含んでもよい。

【0033】

図２を参照すると、ピクセルアレイ２００に含まれた各ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４は、各々２個のタップを含むことができる。例えば、第１ピクセル２１１は、第１タップ２２１と第２タップ２２２を含むことができる。第２ピクセル２１２は、第３タップ２２３と第４タップ２２４を含むことができる。第３ピクセル２１３は、第５タップ２２５と第６タップ２２６を含むことができる。第４ピクセル２１４は、第７タップ２２７と第８タップ２２８を含むことができる。ただし、図２に示されたタップ２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８の位置および形状は一例であり、本開示の権利範囲を限定しない。例えば、第１タップ２２１と第２タップ２２２は、ｘ軸方向に並んで配置される他、ｙ軸方向に並んで配置されるか、対角線方向に配置されてもよい。また、各タップ２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８は、円の他に様々な形状で具現されることができる。

【0034】

制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）は、ピクセルアレイ２００に含まれたピクセル２１１、２１２、２１３、２１４のうちの少なくとも１つに変調電圧を提供することができる。制御回路４０は、ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４のうちの少なくとも１つに変調電圧を提供することによって、ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４内にピクセル電流を発生させることができ、タップ２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８のうちの少なくとも１つを利用して、前記ピクセル電流に応じて移動する光電荷をキャプチャすることができる。

【0035】

各タップ２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８は、制御ノードおよび検出ノードを含むことができる。例えば、第１タップ２２１は、制御ノード２３１および制御ノード２３１を囲む検出ノード２３２を含むことができる。また、第２タップ２２２は、制御ノード２３３および制御ノード２３３を囲む検出ノード２３４を含むことができる。制御回路４０は、制御ノード２３１、２３３に変調電圧を印加することができ、検出ノード２３２、２３４を介して光電荷をキャプチャすることができる。

【0036】

制御回路４０は、イメージセンサの駆動モードに応じて、互いに異なる方式でピクセルアレイ２００に変調電圧を提供することができる。イメージセンサの駆動モードには、一般モードおよびビニングモード（ｂｉｎｎｉｎｇ ｍｏｄｅ）が含まれることができる。本開示において、第１モードは、一般モード、第２モードは、ビニングモードを意味することができる。

【0037】

第１モードにおいて、制御回路４０は、ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４それぞれに互いに１８０度の位相差を有する第１変調電圧および第２変調電圧を提供することができる。例えば、図２の下段に示す第１ピクセル２１１の断面図を参照すると、制御回路４０は、第１タップ２２１の制御ノード２３１には、第１変調電圧ＶｍｉｘＡを印加し、第２タップ２２２の制御ノード２３３には、第２変調電圧ＶｍｉｘＢを印加することができる。第１タップ２２１および第２タップ２２２にそれぞれ第１変調電圧ＶｍｉｘＡおよび第２変調電圧ＶｍｉｘＢが印加される場合、第１ピクセル２１１内に生成された光電荷は、ピクセル電流によって第１タップ２２１の検出ノード２３２および第２タップ２２２の検出ノードでキャプチャされることができる。読み出し回路４５は、第１タップ２２１と第２タップ２２２を読み出して外部物体１との距離を測定することができる。

【0038】

同様に、第２ピクセル２１２の場合、制御回路４０は、第３タップ２２３に第１変調電圧を印加し、第４タップ２２４には第２変調電圧を印加することができる。または、制御回路４０は、第３タップ２２３に第２変調電圧を印加し、第４タップ２２４には第１変調電圧を印加することもできる。すなわち、制御回路４０は、各ピクセル２１１，２１２，２１３，２１４ごとに含まれた２個のタップに互いに異なる位相を有する第１変調電圧と第２変調電圧をそれぞれ提供することができる。

【0039】

電子装置１００は、イメージセンサを第１モード（一般モード）で駆動することによって、ピクセルアレイ３０に含まれたピクセル３５の数に対応するピクセルデータを取得することができる。すなわち、電子装置１００は、第１モードにおいてピクセルアレイ３０の解像度に対応する深度イメージデータを取得することができる。本開示において、ピクセルアレイ３０の解像度に対応するピクセルデータは、第１タイプのピクセルデータと呼ぶことができる。

【0040】

第２モードにおいて、制御回路４０は、ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４のうちのいずれか１つのピクセル（例えば、第１ピクセル２１１）には前記第１変調電圧を提供し、他のピクセル（例えば、第４ピクセル２１４）には前記第２変調電圧を印加することができる。制御回路４０は、ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４ごとにそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を提供する代わりに、単位ピクセルに含まれたピクセルのうちのいずれか２個のピクセルにそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を提供することができる。例えば、制御回路４０は、第１ピクセル２１１の第１タップ２２１には第１変調電圧を提供し、第４ピクセル２１４の第８タップ２２８には第２変調電圧を提供することができる。このとき、制御回路４０は、第１タップ２２１と第８タップ２２８を除いた残りのタップ（例えば、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７）はフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）させることができる。

【0041】

制御回路４０が第１ピクセル２１１の第１タップ２２１に第１変調電圧を印加し、第４ピクセル２１４の第８タップ２２８に第２変調電圧を印加し、その他のタップはフローティングさせる場合、第１ピクセル２１１、第２ピクセル２１２、第３ピクセル２１３、および第４ピクセルで生成された光電荷は、第１タップ２２１および第８タップ２２８によってキャプチャされることができる。読み出し回路４５は、第１タップ２２１と第８タップ２２８を読み出して外部物体１との距離を測定することができる。

【0042】

電子装置１００は、イメージセンサを第２モード（ビニングモード）で駆動することによって、ピクセルアレイ３０に含まれたピクセル３５の数に比べて少ない数に対応するピクセルデータを取得することができる。すなわち、電子装置１００は、第２モードにおいてピクセルアレイ３０の解像度よりも低い解像度の深度イメージデータを取得することができる。例えば、２×２アレイに配列された４個のピクセルが一つの単位ピクセルを形成する場合、電子装置１００は、第２モードにおいてピクセルアレイ３０の解像度よりも１／４ほど低い解像度の深度イメージデータを取得することができる。本開示において、ピクセルアレイ３０の解像度よりも低い解像度に対応するピクセルデータは、第２タイプのピクセルデータと呼ぶことができる。

【0043】

図２では、第２モードにおいて制御回路４０が第１ピクセル２１１と第４ピクセル２１４にそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を印加することを前提にして説明したが、これは一例であり、本開示の権利範囲を限定しない。例えば、制御回路４０は、第２ピクセル２１２と第３ピクセル２１３にそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を印加するか、第１ピクセル２１１と第３ピクセル２１３にそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を印加することもできる。他の例では、２個のピクセル（例えば、第１ピクセル２１１と第２ピクセル２１２）が一つの単位ピクセルを形成する場合には、制御回路４０が第１ピクセル２１１と第２ピクセル２１２にそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を印加することもできる。

【0044】

図３は、本発明の実施例によるピクセルアレイの他の例を説明するための図である。

【0045】

図３に示すピクセルアレイ３００は、図１のピクセルアレイ３０の他の例に該当することができる。また、図３に示す各ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４は、図１のピクセル３５にそれぞれ対応することができる。

【0046】

図３を参照すると、ピクセルアレイ３００は、２個以上のピクセル３１１、３１２、３１３、３１４を含むことができる。例えば、ピクセルアレイ３００には、第１ピクセル３１１、第２ピクセル３１２、第３ピクセル３１３、および第４ピクセル３１４が含まれることができる。第１ピクセル３１１、第２ピクセル３１２、第３ピクセル３１３、および第４ピクセル３１４は、２×２アレイに配列されて単位ピクセルを形成することができる。

【0047】

図３を参照すると、図２に示したピクセルアレイ２００とは異なり、ピクセルアレイ３００に含まれた各ピクセル（例えば、３１１、３１２、３１３、３１４）は、タップ（例えば、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５）を互いに共有することができる。すなわち、図２のように、各ピクセル２１１、２１２、２１３、２１４ごとに２個のタップを含む代わりに、図３のように、各ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４の頂点のうちの一部に対応するようにタップ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５が配置されることができる。例えば、ピクセルアレイ３００は、前記単位ピクセルの頂点それぞれに対応するように配置された第１タップ３２１、第２タップ３２２、第３タップ３２３、および第４タップ３２４を含むことができ、前記単位ピクセルの内側に配置された第５タップ３２５を含むことができる。前記第５タップ３２５は、単位ピクセルの中心に対応するように配置されることができる。

【0048】

ピクセルアレイ３００に含まれた各ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４は、四角形の形状を有することができ、上左側、上右側、下左側、および下右側それぞれに４個の頂点領域を含むことができる。本開示では、各ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４の上左側、上右側、下左側、および下右側に位置する頂点領域をそれぞれ第１頂点領域、第２頂点領域、第３頂点領域、および第４頂点領域と定義する。本開示において、頂点領域は、ピクセルの各頂点を含む領域を意味することができる。

【0049】

各ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４で斜線方向に対向する２つの頂点領域（例えば、第１頂点領域と第４頂点領域、または第２頂点領域と第３頂点領域）それぞれにタップ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５が配置されることができる。このとき、第１頂点領域と第４頂点領域とを結ぶ斜線方向を第１斜線方向と定義し、第２頂点領域と第３頂点領域とを結ぶ斜線方向を第２斜線方向と定義する。図３を参照すると、いずれか１つのピクセル（例えば、第１ピクセル３１１）でタップ（例えば、第１タップ３２１と第５タップ３２５）が第１斜線方向に配置されると仮定すると、前記ピクセル（例えば、第１ピクセル３１１）の上、下、左、右に隣接するピクセル（例えば、第２ピクセル３１２)では、タップ（例えば、第２タップ３２２と第５タップ３２５）が第２斜線方向に配置されることができる。

【0050】

図３を参照すると、ピクセルアレイ３００でロー方向またはカラム方向に沿って、タップ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５は、連続する頂点領域ごとに配置されず、疎らに（ｓｐａｒｓｅｌｙ）配置されてもよい。すなわち、ロー方向またはカラム方向に沿って、タップの配置された頂点領域とタップの配置されない頂点領域が交互に配置されてもよい。

【0051】

ピクセルアレイ３００に含まれたタップ（例えば、第５タップ３２５）は、それぞれ制御ノード（例えば、３３０）および制御ノードを囲む検出ノード（例えば、３３１、３３２、３３３、３３４）を含むことができる。図３では、制御ノード３３０の形状が円形であり、検出ノード３３１、３３２、３３３、３３４の形状が台形で例示されているが、本開示の権利範囲はこれに限定されない。図３では、検出ノード３３１、３３２、３３３、３３４は、制御ノード３３０に隣接する辺が前記辺に対向する辺よりも短い台形の形状を有することができる。このような台形形状は、各検出ノード３３１、３３２、３３３、３３４が該当制御ノード３３０をできるだけ広い面積で囲むようにするためであり、このような形状を有する検出ノード３３１、３３２、３３３、３３４は、制御ノード３３０によって形成されるピクセル電流に沿って移動する光電荷をより容易にキャプチャすることができる。

【0052】

各タップ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５の制御ノードは、単位ピクセルを構成する４個のピクセル３１１、３１２、３１３、３１４の中心（または、各ピクセルの頂点領域）に配置され、検出ノードは、制御ノードを中心に第１斜線方向または第２斜線方向に沿って互いに対向するように配置されることができる。また、各検出ノードは、制御ノードに隣接する４個のピクセルそれぞれに含まれるように配置されることができる。例えば、第５タップ３２５の制御ノード３３０は、ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４の中心に配置され、各検出ノード３３１、３３２、３３３、３３４は、ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４それぞれに含まれるように配置されることができる。

【0053】

図３に示すように、４個のピクセル３１１、３１２、３１３、３１４が１つの制御ノード３３０を共有することによって、図２に示したように、各ピクセルごとに制御ノードを独立して含む場合に比べて、ピクセルアレイ３００で必要な制御ノードの数は１／４に減少することができる。したがって、イメージセンサの電力消費が減少され、ピクセルアレイ３００内でタップが占める容積が減少することができる。

【0054】

制御回路４０は、イメージセンサの駆動モードに応じて、互いに異なる方式でピクセルアレイ３００に変調電圧を提供することができる。第１モード（一般モード）および第２モード（ビニングモード）における制御回路４０の動作については、図４および図５をそれぞれ参照して後述する。

【0055】

図４は、本発明の実施例によって、第１モードにおいてピクセルに提供される変調電圧を説明するための図である。

【0056】

第１モードにおいて、制御回路４０は、ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４それぞれに互いに１８０度の位相差を有する第１変調電圧および第２変調電圧を提供することができる。例えば、制御回路４０は、第１タップ３２１、第２タップ３２２、第３タップ３２３、および第４タップ３２４には第１変調電圧を提供し、第５タップ３２５には第２変調電圧を提供することができる。

【0057】

第１ピクセル３１１の場合、制御回路４０が第１タップ３２１および第５タップ３２５にそれぞれ第１変調電圧および第２変調電圧を印加する場合、第１ピクセル３１１内に生成された光電荷は、ピクセル電流によって第１タップ３２１の検出ノードおよび第５タップ３２５の検出ノード３３１でキャプチャされることができる。図４に示す矢印は、ピクセル内に発生されたピクセル電流によって光電荷が移動する方向を示すことができる。読み出し回路４５は、第１タップ３２１と第５タップ３２５を読み出して外部物体１との距離を測定することができる。

【0058】

同様に、第２ピクセル３１２の場合、制御回路４０が第２タップ３２２および第５タップ３２５にそれぞれ第１変調電圧および第２変調電圧を印加する場合、第２ピクセル３１２内に生成された光電荷は、ピクセル電流によって第２タップ３２２の検出ノードおよび第５タップ３２５の検出ノード３３２でキャプチャされることができる。読み出し回路４５は、第２タップ３２２と第５タップ３２５を読み出して外部物体１との距離を測定することができる。第３ピクセル３１３と第４ピクセル３１４に対しても該当内容を適用できる。

【0059】

電子装置１００は、イメージセンサを第１モード（一般モード）で駆動することによって、ピクセルアレイ３０に含まれたピクセル３５の数に対応するピクセルデータを取得することができる。すなわち、電子装置１００は、第１モードにおいてピクセルアレイ３０の解像度に対応する深度イメージデータを取得することができる。本開示において、ピクセルアレイ３０の解像度に対応するピクセルデータは、第１タイプのピクセルデータと呼ぶことができる。

【0060】

図５は、本発明の実施例によって、第２モードにおいてピクセルに提供される変調電圧を説明するための図である。

【0061】

第２モードにおいて、制御回路４０は、ピクセル３１１、３１２、３１３、３１４のうちのいずれか１つのピクセル（例えば、第１ピクセル３１１）には前記第１変調電圧を提供し、他のピクセル（例えば、第４ピクセル３１４）には前記第２変調電圧を印加することができる。制御回路４０は、単位ピクセルに含まれたピクセルのうちのいずれか２個のピクセルにそれぞれ第１変調電圧と第２変調電圧を提供することができる。例えば、制御回路４０は、第１ピクセル３１１の上左側の頂点領域に配置された第１タップ３２１には第１変調電圧を提供し、第４ピクセル３１４の下右側の頂点領域に配置された第４タップ３２４には第２変調電圧を提供することができる。このとき、制御回路４０は、第２タップ３２２、第３タップ３２３、および第５タップ３２５はフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）させることができる。

【0062】

制御回路４０が第１タップ３２１に第１変調電圧を印加し、第４タップ３２４に第２変調電圧を印加し、第２タップ３２２、第３タップ３２３、および第５タップ３２５はフローティングさせる場合、第１ピクセル３１１、第２ピクセル３１２、第３ピクセル３１３、および第４ピクセル３１４で生成された光電荷は、第１タップ３２１および第４タップ３２４によってキャプチャされることができる。読み出し回路４５は、第１タップ３２１および第４タップ３２４を読み出して外部物体１との距離を測定することができる。

【0063】

本開示において、第２モードで動作する制御回路４０は、タップのうちの一部タップをフローティングさせることができ、このとき、フローティングさせるという意味は、該当タップに変調電圧などの駆動信号を提供しないことを意味することができる。制御回路４０が一部タップ（例えば、第１タップ３２１、第４タップ３２４）には変調電圧を印加し、残りのタップ（例えば、第２タップ３２２、第３タップ３２３、第５タップ３２５）には変調電圧を印加しない場合、第１ピクセル３１１、第２ピクセル３１２、第３ピクセル３１３、および第４ピクセル３１４を含む単位ピクセル内で生成された光電荷は、第１タップ３２１および第４タップ３２４によってキャプチャされ、第２タップ３２２、第３タップ３２３、および第５タップ３２５によってはキャプチャされないことができる。すなわち、図４に示された第１モードと図５に示された第２モードを比較すると、第１モードでは、光電荷がピクセル内で移動し、キャプチャされるのに対して、第２モードでは、光電荷がピクセルの境界を越えて単位ピクセル内で移動し、キャプチャされることができる。

【0064】

電子装置１００は、イメージセンサを第２モード（ビニングモード）で駆動することによって、ピクセルアレイ３０に含まれたピクセル３５に比べて少ない数に対応するピクセルデータを取得することができる。すなわち、電子装置１００は、第２モードにおいてピクセルアレイ３０の解像度よりも低い解像度の深度イメージデータを取得することができる。例えば、２×２アレイに配列された４個のピクセルが一つの単位ピクセルを形成する場合、電子装置１００は、第２モードにおいてピクセルアレイ３０の解像度よりも１／４ほど低い解像度の深度イメージデータを取得することができる。本開示において、ピクセルアレイ３０の解像度よりも低い解像度に対応するピクセルデータは、第２タイプのピクセルデータと呼ぶことができる。

【0065】

従来のイメージセンサは、ビニングモードで動作する際にも一般モードと同様にすべてのタップに変調電圧を提供した。イメージセンサは、単位ピクセルを形成する４個のピクセルそれぞれに第１変調電圧および第２変調電圧を印加し、すべてのタップを読み出して、変調電圧の印加に応じてキャプチャされる光電荷に対応するピクセルデータを取得した。イメージセンサは、ピクセルデータのビニングのために、４個のピクセルからそれぞれ取得されたピクセルデータを平均演算したり、合算したりすることで、ビニングされた深度イメージデータを取得した。このとき、イメージセンサが変調電圧を印加するノード間の距離は、例えば第１タップ３２１と第５タップ３２５との間の距離、すなわち√２・ｄに該当することができる。

【0066】

これとは異なり、本開示によれば、第２モード（ビニングモード）において変調電圧が印加されるノード（例えば、第１タップ３２１の制御ノードおよび第４タップ３２４の制御ノード）間の距離を従来に比べて２倍に増加させることができる。例えば、制御回路４０が第２モードにおいて変調電圧を印加するノード間の距離は、第１タップ３２１と第４タップ３２４との間の距離、すなわち２√２・ｄに該当することができる。

【0067】

制御回路４０が変調電圧を印加するノード間の距離が短くなるほど、前記変調電圧によってピクセル内に流れるピクセル電流の強度は増加することができる。ピクセル電流は、一定レベル以上発生する場合、イメージセンサ（または、ＴＯＦセンサ）の電源消費量が増加したり、印加される電圧間の差に比べて光電荷がキャプチャされる効率が低下したりするという問題がある。例えば、制御回路４０が互いに１．２Ｖの差が出るように変調電圧を提供しても、ピクセル内に発生されたピクセル電流によって前記電圧差が相殺され、キャプチャ効率が低下し得る。したがって、本開示によれば、制御回路４０が第２モードにおいて変調電圧を印加するノード間の距離が従来に比べて増加することによって、ピクセル内に発生されるピクセル電流の強度を減少させることができる。また、ピクセル内に流れるピクセル電流が減少するにつれてＩＲドロップが減って、イメージセンサの電源消費量が減少し、光電荷がキャプチャされる効率が増加し、制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）の駆動能力が向上し、イメージセンサの距離測定性能が向上することができる。また、本開示によれば、イメージセンサのピクセル３５の大きさはｄに維持しながらも、第２モードではピクセルの大きさが２ｄのピクセルを利用するようにピクセル電流を低減できるという効果が現れる。

【0068】

また、従来のイメージセンサでは、第２モードにおいてすべてのタップを読み出した後、別途に平均演算または合算を進行するデジタルビニング動作が要求されていたが、本開示によれば、変調電圧が印加される一部タップだけを読み出すので、別途のビニング動作が省略可能である。これによって、デジタルビニングと関連するハードウェアを省略できるという効果も現れる。

【0069】

図２及び図５で説明された第２モード（ビニングモード）に関して、制御回路４０は、第１変調電圧や第２変調電圧が提供されないタップをフローティングさせると説明したが、その他にも様々な実施例が可能である。例えば、制御回路４０は、図２で変調電圧が印加されるタップ以外のタップや、図５の第２タップ３２２、第３タップ３２３、および第５タップ３２５をフローティングさせる代わりに、Ｖ_ＳＳを印加するか、特定の強度の電圧を印加することもできる。

【0070】

図６は、本発明の実施例によって、ピクセルに変調電圧を伝達する信号線を説明するための図である。

【0071】

図６は、制御回路４０が図５で説明された方式で動作するためにピクセルアレイ３００に配置されるべき信号線の例を示す。図６で説明される内容は、本開示による第２モード（ビニングモード）動作のための信号線の一つの例示に該当するので、本開示の権利範囲を限定しない。

【0072】

制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）は、ピクセルアレイ３００の基板内にピクセル電流（ｐｉｘｅｌ ｃｕｒｒｅｎｔ）（例えば、ホール電流）を発生させるための駆動信号（ｄｒｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ）を生成および出力することができる。復調ドライバ４２は、ピクセルアレイ３００に含まれたピクセルに提供するための変調電圧を生成することができる。復調ドライバ４２は、ピクセルアレイ３００の１カラム当たり少なくとも１個の信号線を利用して、ピクセルに前記生成された変調電圧を提供することができる。

【0073】

図６を参照すると、制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）は、信号線６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７，６０８、６０９、６１０、６１１、６１２、６１３、６１４のうちの少なくとも一部を介してピクセルに変調電圧を提供することができる。例えば、イメージセンサは、ピクセルアレイ３００の１カラムごとに２個ずつ配置された信号線を含むことができる。復調ドライバ４２は、信号線を介してタップに変調電圧を印加することができる。

【0074】

第１モードにおいて、制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）は、信号線６０１、６０２、６０５、６０６、６０９、６１０、６１３、６１４を介してタップに第１変調電圧を伝達し、信号線６０３、６０４、６０７、６０８、６１１、６１２を介してタップに第２変調電圧を伝達することができる。

【0075】

第２モードにおいて、制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）は、信号線６０１、６０９を介してタップ（例えば、第１タップ３２１）に第１変調電圧を伝達することができ、信号線６０５、６１３を介してタップ（例えば、第４タップ３２４）に第２変調電圧を伝達することができる。第２モードにおいて、制御回路４０（例えば、復調ドライバ４２）は、信号線６０２、６０３、６０４、６０６、６０７、６０８、６１０、６１１、６１２、６１４を介しては変調電圧を伝達しないことができる。

【0076】

図６は、制御回路４０が第２モードにおいて第１変調電圧および第２変調電圧を出力する様子を示すものと理解できる。本開示によれば、制御回路４０は、第２モードにおいて同じ縦線上のタップのうちの一部には変調電圧を提供し、他の一部には変調電圧を提供しないことができる。例えば、図５を参照すると、制御回路４０は、同じ縦線上に配置された第１タップ３２１と第３タップ３２３のうち、第１タップ３２１には第１変調電圧を提供し、第３タップ３２３には変調電圧を提供しないことができる。したがって、ピクセルアレイ３００には、１カラム当たり２個の信号線が配置されることができる。

【0077】

図６で説明された信号線６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７、６０８、６０９、６１０、６１１、６１２、６１３、６１４は、読み出し回路４５がピクセルアレイ３００のピクセルを読み出すためのカラムラインとは別個に配置された構成であり得る。

【0078】

図７は、本発明の実施例によって、第１モードにおいてピクセルを読み出す方式を説明するための図である。

【0079】

読み出し回路４５は、ピクセルアレイ３０に含まれた複数のロー（ｒｏｗ）の中からロードライバ４１によって選択された１つのローを読み出すことができる。図７を参照すると、読み出し回路４５は、複数のＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含むことができる。読み出し回路４５に含まれたＡＤＣは、ピクセルアレイ３０の１カラムごとに２個ずつ連結されるように配置されることができる。例えば、ピクセルアレイ３０が図２のピクセルアレイ２００と同じ構造である場合、ＡＤＣ＿Ａ７０１およびＡＤＣ＿Ｂ７０２は、それぞれ第１タップ２２１の検出ノード２３２および第２タップ２２２の検出ノード２３４に連結されるとして理解できる。他の例では、ピクセルアレイ３０が図３のピクセルアレイ３００と同じ構造である場合、ＡＤＣ＿Ａ７０１は、第１タップ３２１の検出ノードの中から第１ピクセル３１１に含まれた検出ノードに連結され、ＡＤＣ＿Ｂ７０２は、第５タップ３２５の検出ノード３３１に連結されるとして理解できる。

【0080】

参照番号７１０を参照すると、ロードライバ４１は、ピクセルアレイ３０の中からいずれか１つのローライン（例えば、Ｒｏｗ＃０）を選択でき、読み出し回路４５は、前記選択されたローライン（例えば、Ｒｏｗ＃０）に対応するピクセル（または、タップ）を読み出すことができる。参照番号７２０を参照すると、ロードライバ４１は、ピクセルアレイ３０の中からいずれか１つのローライン（例えば、Ｒｏｗ＃１）を選択でき、読み出し回路４５は、前記選択されたローライン（例えば、Ｒｏｗ＃１）に対応するピクセル（または、タップ）を読み出すことができる。同様に、参照番号７３０を参照すると、ロードライバ４１は、ピクセルアレイ３０の中からいずれか１つのローライン（例えば、Ｒｏｗ＃２）を選択でき、読み出し回路４５は、前記選択されたローライン（例えば、Ｒｏｗ＃２）に対応するピクセル（または、タップ）を読み出すことができる。同様に、参照番号７４０を参照すると、ロードライバ４１は、ピクセルアレイ３０の中からいずれか１つのローライン（例えば、Ｒｏｗ＃３）を選択でき、読み出し回路４５は、前記選択されたローライン（例えば、Ｒｏｗ＃３）に対応するピクセル（または、タップ）を読み出すことができる。

【0081】

図８は、本発明の実施例によって、第２モードにおいてピクセルを読み出す方式を説明するための図である。

【0082】

読み出し回路４５は、ピクセルアレイ３０に含まれた複数のロー（ｒｏｗ）の中からロードライバ４１によって選択された１つ以上のローを読み出すことができる。例えば、第２モードにおいて読み出し回路４５は、複数のローの中からロードライバ４１によって選択された２つのローを一緒に読み出すことができる。

【0083】

参照番号８１０を参照すると、ロードライバ４１は、ピクセルアレイ３０の中から連続する２個のローライン（例えば、Ｒｏｗ＃０とＲｏｗ＃１）を選択でき、読み出し回路４５は、前記選択されたローライン（例えば、Ｒｏｗ＃０とＲｏｗ＃１）に対応するピクセル（または、タップ）を読み出すことができる。このとき、読み出し回路４５は、選択されたローライン（例えば、Ｒｏｗ＃０とＲｏｗ＃１）に含まれたすべてのタップ（または、検出ノード）を読み出す代わりに、一部タップ（または、検出ノード）のみを読み出すことができる。例えば、参照番号８１０において、Ｒｏｗ＃０、Ｒｏｗ＃１とＣｏｌ＃０、Ｃｏｌ＃１に該当する４個のピクセルに含まれた８個のタップ（または、検出ノード）の中から、読み出し回路４５は、２個のタップ（または、検出ノード）のみを読み出すことができる。読み出し回路４５が読み出す２個のタップ（または、検出ノード）は、変調電圧の印加に応じて光電荷がキャプチャされたタップ（または、検出ノード）に対応することができる。参照番号８２０、８３０、および８４０でも、ロードライバ４１によって選択されるローラインを変更する以外は、参照番号８１０で説明された内容を適用できる。

【0084】

図９は、本発明の実施例によって、モードに応じて互いに異なる方式で変調電圧を提供する方法の流れを説明するための図である。図９で説明されるステップは、電子装置１００または電子装置１００に含まれたイメージセンサによって実行されるとして理解され得る。

【0085】

ステップＳ９１０において、電子装置１００は、光源１０を介して第１位相に対応する変調光を出力することができる。

【0086】

ステップＳ９２０において、電子装置１００は、２個以上のピクセルを介して、前記変調光が外部物体１によって反射された反射光から光電荷を生成することができる。例えば、ピクセルアレイ３０（例えば、ピクセルアレイ２００、ピクセルアレイ３００）に反射光が入射される場合、前記反射光の強度に比例する光電荷が基板内に発生することができる。

【0087】

ステップＳ９３０において、電子装置１００は、イメージセンサ（または、ＴＯＦセンサ）の駆動モードを決定することができる。例えば、電子装置１００は、イメージセンサを第１モード（一般モード）で駆動するか、または第２モード（ビニングモード）で駆動するか否かを決定することができる。電子装置１００は、撮影環境（例えば、照度）やズーム倍率、要求される距離測定の正確度など様々な条件を考慮してイメージセンサの駆動モードを決定することができる。

【0088】

ステップＳ９４０において、電子装置１００は、第１モード（一般モード）においてピクセルそれぞれに第１位相に対応する第１変調電圧、および第１変調電圧と１８０度の位相差を有する第２変調電圧を提供することができる。例えば、電子装置１００は、各ピクセル内で光電荷が移動およびキャプチャされるように、各ピクセルごとに第１変調電圧と第２変調電圧を印加することができる。

【0089】

ステップＳ９５０において、電子装置１００は、第２モードにおいてピクセルのうち第１ピクセルには前記第１変調電圧を提供し、ピクセルのうち第２ピクセルには前記第２変調電圧を提供することができる。例えば、電子装置１００は、単位ピクセルに含まれた２個以上のピクセルのうちのいずれか１つのピクセルには第１変調電圧を提供し、もう１つのピクセルには第２変調電圧を提供することができる。

【0090】

ステップＳ９６０において、電子装置１００は、第１変調電圧および第２変調電圧によってキャプチャされた光電荷を利用して外部物体１との距離を識別することができる。電子装置１００は、前記キャプチャされた光電荷に対応するピクセルデータを利用して変調光と反射光との間の位相差を計算することができ、前記位相差を利用して外部物体１との距離を測定することができる。

【符号の説明】

【0091】

３００ ピクセルアレイ
３１１ 第１ピクセル
３１２ 第２ピクセル
３１３ 第３ピクセル
３１４ 第４ピクセル
３２１ 第１タップ
３２２ 第２タップ
３２３ 第３タップ
３２４ 第４タップ
３２５ 第５タップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】