特許 7170526 ３次元イメージセンサのピクセルアレイ及び３次元イメージセンサの動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-04

(45)【発行日】2022-11-14

(54)【発明の名称】３次元イメージセンサのピクセルアレイ及び３次元イメージセンサの動作方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4865 20200101AFI20221107BHJP

   G01S 7/4863 20200101ALI20221107BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20221107BHJP

   H04N 5/374 20110101ALI20221107BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20221107BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4865

G01S7/4863

G01S17/89

H04N5/374 100

H04N5/369 600

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2018238141

(22)【出願日】2018-12-20

(65)【公開番号】P2019120690

(43)【公開日】2019-07-22

【審査請求日】2021-08-27

(31)【優先権主張番号】10-2017-0184239

(32)【優先日】2017-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】陳 暎究

(72)【発明者】

【氏名】吉 ▲みん▼▲そん▼

(72)【発明者】

【氏名】金 永燦

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２２５１７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０２２２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０５０８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９１０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１７９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３７９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６７７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１５０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５２２９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１８３３３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６７８５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

Ｇ０１Ｓ１７／００ －１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／０６ － ３／０８

Ｈ０４Ｎ ５／３０ － ５／３７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号に応答して動作し、被写体から反射された受信光に基づいて前記被写体までの第１距離情報を発生する複数の距離ピクセル、を含む第１ピクセルグループと、
前記受信光に含まれる外光成分を除去し、前記複数の距離ピクセルにより共有される第１外光除去回路とを含み、
前記複数の距離ピクセルの各々は、
前記受信光に基づいて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記光電荷を蓄積し、前記第１外光除去回路と連結されるフローティング拡散領域と、
前記複数のフォト制御信号のうちの１つに応答してオン－オフされるフォトゲートと、
前記複数のフォト制御信号と反対位相を有する複数のドレイン制御信号のうちの１つに応答してオン－オフされるドレインゲートとを含み、
前記フォトゲートがターンオンされるときに、前記光電変換領域は発生した前記光電荷を蓄積し、前記ドレインゲートがターンオンされるときに、前記光電変換領域内の前記光電荷は放出され、
動作環境の照度が基準照度より低い低照度環境で、前記第１ピクセルグループについての前記第１距離情報の代わりに、前記複数の距離ピクセルの１つの距離ピクセルを単位とする距離情報が生成され、該距離情報は、前記１つの距離ピクセルと隣接した、前記１つの距離ピクセルへのフォト制御信号と異なる位相を有するフォト制御信号に応答して動作する周辺距離ピクセルから位相情報を獲得し、前記獲得された位相情報を位相補間して生成されることを特徴とする、３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項2】

前記複数のフォト制御信号は、互いに異なる位相を有する第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号を含み、
前記第１ピクセルグループは、
前記第１フォト制御信号に応答して動作する第１距離ピクセルと、
前記第３フォト制御信号に応答して動作する第２距離ピクセルと、
前記第２フォト制御信号に応答して動作する第３距離ピクセルと、
前記第４フォト制御信号に応答して動作する第４距離ピクセルとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項3】

前記第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号の各々の位相は、全ての集光区間で一定していることを特徴とする、請求項２に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項4】

前記第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号の各々の位相は、連続する第１及び第２集光区間で可変されることを特徴とする、請求項２に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項5】

前記第１外光除去回路は、
前記３次元イメージセンサの前記動作環境の照度が前記基準照度より高いか等しい高照度環境で活性化されて前記外光成分を除去し、
前記低照度環境で不活性化されることを特徴とする、請求項２に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項6】

前記低照度環境で、前記第１距離ピクセルについての距離情報は、前記第１距離ピクセルと隣接した、前記第１フォト制御信号と異なる位相を有するフォト制御信号に応答して動作する周辺距離ピクセルから位相情報を獲得し、前記獲得された位相情報を位相補間して生成されることを特徴とする、請求項５に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項7】

前記第１フォト制御信号の位相が全ての集光区間で一定な場合に、前記第２、第３、及び第４距離ピクセル全てから前記位相情報が獲得されることを特徴とする、請求項６に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項8】

前記第１フォト制御信号の位相が連続する第１及び第２集光区間で可変される場合に、前記第２、第３、及び第４距離ピクセルのうちの１つから前記位相情報が獲得されることを特徴とする、請求項６に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項9】

前記第２フォト制御信号は前記第１フォト制御信号と９０度の位相差を有し、前記第３フォト制御信号は前記第２フォト制御信号と９０度の位相差を有し、前記第４フォト制御信号は前記第３フォト制御信号と９０度の位相差を有することを特徴とする、請求項２に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項10】

前記複数のフォト制御信号は、互いに異なる位相を有する第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号を含み、
前記第１ピクセルグループは、
前記第１フォト制御信号に応答して動作する第１距離ピクセルと、
前記第３フォト制御信号に応答して動作する第２距離ピクセルとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項11】

前記複数のフォト制御信号に応答して動作し、前記受信光に基づいて前記被写体までの第２距離情報を発生する複数の距離ピクセル、を含む第２ピクセルグループと、
前記受信光に含まれる前記外光成分を除去し、前記第２ピクセルグループに含まれる前記複数の距離ピクセルにより共有される第２外光除去回路とをさらに含み、
前記第２ピクセルグループは、
前記第２フォト制御信号に応答して動作する第３距離ピクセルと、
前記第４フォト制御信号に応答して動作する第４距離ピクセルとを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項12】

前記第１及び第２外光除去回路は、
前記３次元イメージセンサの前記動作環境の照度が前記基準照度より高いか等しい高照度環境で活性化されて前記外光成分を除去し、
前記低照度環境で不活性化されることを特徴とする、請求項１１に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項13】

前記低照度環境で、前記第１距離ピクセルについての距離情報は、前記第１距離ピクセルと隣接した、前記第１フォト制御信号と異なる位相を有するフォト制御信号に応答して動作する周辺距離ピクセルから位相情報を獲得し、前記獲得された位相情報を位相補間して生成されることを特徴とする、請求項１２に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項14】

前記第１外光除去回路は、
前記光電荷と反対極性の電荷を前記フローティング拡散領域に注入するか、または前記光電荷の一部を前記フローティング拡散領域から抜き取ることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項15】

前記第１ピクセルグループは、
前記光電荷を放出するドレイン領域をさらに含み、
前記複数の距離ピクセルは、前記ドレイン領域を共有することを特徴とする、請求項１に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項16】

互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号に応答して動作し、被写体から反射された受信光に基づいて前記被写体までの第１距離情報を発生する複数の距離ピクセル、を含む第１ピクセルグループと、
前記受信光に含まれる外光成分を除去し、前記複数の距離ピクセルにより共有される第１外光除去回路とを含み、
前記複数の距離ピクセルの各々は、
前記受信光に基づいて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記光電荷を蓄積し、前記第１外光除去回路と連結される第１及び第２フローティング拡散領域と、
前記複数のフォト制御信号のうち、互いに反対位相を有する２つに応答してオン－オフされる第１及び第２フォトゲートとを含み、
前記第１及び第２フォトゲートがターンオンされるときに、前記光電変換領域は発生した前記光電荷を蓄積し、
動作環境の照度が基準照度より低い低照度環境で、前記第１ピクセルグループについての前記第１距離情報の代わりに、前記複数の距離ピクセルの各距離ピクセルについての距離情報を生成する第１演算動作が選択的に遂行され、各距離ピクセルについての該距離情報は、該距離ピクセルの周辺距離ピクセルから位相情報を獲得し、前記獲得された位相情報を位相補間して生成される、３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項17】

前記複数のフォト制御信号は互いに異なる位相を有する第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号を含み、
前記第１ピクセルグループは、
前記第１及び第３フォト制御信号に応答して動作する第１距離ピクセルと、
前記第２及び第４フォト制御信号に応答して動作する第２距離ピクセルとを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項18】

前記第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号の各々の位相は、全ての集光区間で一定していることを特徴とする、請求項１７に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【請求項19】

前記３次元イメージセンサの前記動作環境の照度が前記基準照度より高いか等しい高照度環境で、前記第１、第２、第３、及び第４フォト制御信号の各々の位相は連続する第１及び第２集光区間で可変されることを特徴とする、請求項１７に記載の３次元イメージセンサのピクセルアレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はイメージセンサに関し、より詳しくは、３次元イメージセンサに含まれるピクセルアレイ及び３次元イメージセンサの動作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンサは外部から入射する光信号を電気信号に変換する半導体デバイスであって、前記光信号に相応する映像情報を提供している。最近には、光信号に基づいて映像情報だけでなく、距離情報まで提供することができる３次元イメージセンサ（3D image sensor）に対する研究が活発に進められている。一般的に、３次元イメージセンサは光学パルス（laser pulse）を被写体に照射した後、前記光学パルスが被写体から反射されて戻るまでの時間である飛行時間（Time Of Flight；ＴＯＦ）を測定する方式であって、距離ピクセル別に被写体までの距離を測定することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の一目的は、外光（ambient light）成分を効果的に除去することができ、サイズが減少できる３次元イメージセンサのピクセルアレイを提供することにある。

【0004】

本発明の他の目的は、距離測定性能を向上させることができる３次元イメージセンサの動作方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記の一目的を達成するために、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイは、第１ピクセルグループ及び第１外光除去回路を含む。前記第１ピクセルグループは、互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号に応答して動作し且つ被写体から反射された受信光に基づいて前記被写体までの第１距離情報を発生する複数の距離ピクセルを含む。前記第１外光除去回路は、前記受信光に含まれる外光（ambient light）成分を除去し、前記複数の距離ピクセルにより共有される。前記複数の距離ピクセルの各々は、光電変換領域、フローティング拡散領域、フォトゲート、及びドレインゲートを含む。前記光電変換領域は、前記受信光に基づいて光電荷を発生する。前記フローティング拡散領域は前記光電荷を蓄積し、前記第１外光除去回路と連結される。前記フォトゲートは、前記複数のフォト制御信号のうちの１つに応答してオン－オフされる。前記ドレインゲートは、前記複数のフォト制御信号と反対位相を有する複数のドレイン制御信号のうちの１つに応答してオン－オフされる。前記フォトゲートがターンオンされるときに、前記光電変換領域は発生した前記光電荷を蓄積し、前記ドレインゲートがターンオンされるときに、前記光電変換領域内の前記光電荷は放出される。

【0006】

前記の一目的を達成するために、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイは、第１ピクセルグループ及び第１外光除去回路を含む。前記第１ピクセルグループは、互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号に応答して動作し且つ被写体から反射された受信光に基づいて前記被写体までの第１距離情報を発生する複数の距離ピクセルを含む。前記第１外光除去回路は、前記受信光に含まれる外光（ambient light）成分を除去し、前記複数の距離ピクセルにより共有される。前記複数の距離ピクセルの各々は、光電変換領域、第１及び第２フローティング拡散領域、及び第１及び第２フォトゲートを含む。前記光電変換領域は、前記受信光に基づいて光電荷を発生する。前記第１及び第２フローティング拡散領域は前記光電荷を蓄積し、前記第１外光除去回路と連結される。前記第１及び第２フォトゲートは、前記複数のフォト制御信号のうち、互いに反対位相を有する２つに応答してオン－オフされる。前記第１及び第２フォトゲートがターンオンされるときに、前記光電変換領域は発生した前記光電荷を蓄積する。動作環境の照度が基準照度より低い低照度環境で、周辺距離ピクセルから位相情報を獲得し、前記獲得した位相情報を位相補間（phase interpolation）して、前記複数の距離ピクセルの各々に対する距離情報を発生する第１演算動作が選択的に遂行される。

【0007】

前記他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法において、前記３次元イメージセンサは、互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号に応答して動作する複数の距離ピクセルを備えるピクセルアレイを含む。前記ピクセルアレイにおいて、被写体から反射された受信光に基づいて前記被写体までの距離情報を発生するための距離情報発生単位を決定する。予め定まった位相パターンに基づいて前記複数の距離ピクセルの各々に前記複数のフォト制御信号のうちの１つを対応させて、前記複数の距離ピクセルを駆動する。周辺距離ピクセルから獲得した位相情報を位相補間（phase interpolation）する第１演算動作、及び隣接した距離ピクセルをグループ化し、グループ化された距離ピクセルから獲得した位相情報を用いる第２演算動作のうちの少なくとも１つを遂行して、前記距離情報発生単位毎に１つの前記距離情報を獲得する。

【発明の効果】

【0008】

前記のような本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイは、１－タップまたは２－タップ構造の複数の距離ピクセルが１つの外光除去回路を共有することによって、外光成分を効果的に除去しながらサイズが減少できる。また、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法では、動作モード及び／又は多様なアルゴリズムに従って距離情報を発生することによって、３次元イメージセンサの性能が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図2】図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの一例を示す回路図である。

【図3】図２の第１ピクセルグループに含まれる第１距離ピクセルの一例を示す断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイに印加されるフォト制御信号などの一例を示すタイミング図である。

【図5】図５及び図６は、図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの他の例を示す回路図である。

【図6】図５及び図６は、図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの他の例を示す回路図である。

【図7】図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【図8】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図9】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイに印加されるフォト制御信号の他の例を示すタイミング図である。

【図10】図８の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【図11】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図12】図１１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの一例を示す回路図である。

【図13】図１１の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【図14】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図15】図１４の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【図16】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図17】図１６の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの一例を示す回路図である。

【図18】図１７の第１ピクセルグループに含まれる第１距離ピクセルの一例を示す断面図である。

【図19】図１６の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【図20】図２０及び図２１は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図21】図２０及び図２１は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図22】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【図23】図２２の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１距離ピクセルの一例を示す回路図である。

【図24】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を示す順序図である。

【図25】図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を説明するための図である。

【図26】図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を説明するための図である。

【図27】図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を説明するための図である。

【図28】図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を説明するための図である。

【図29】図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を説明するための図である。

【図30】本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。図面上の同一な構成要素に対しては同一な参照符号を使用し、同一な構成要素に対して重複した説明は省略する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【0012】

図１を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ１００は、複数のピクセルグループ（ＰＧ１１、ＰＧ１２、ＰＧ１３、ＰＧ１４）及び複数の外光除去（ambient light cancellation；ＡＬＣ）回路（ＡＬＣ１１、ＡＬＣ１２、ＡＬＣ１３、ＡＬＣ１４）を含む。

【0013】

複数のピクセルグループ（ＰＧ１１～ＰＧ１４）は互いに同一な構造を有し、複数の距離ピクセル（ＤＰ１１、ＤＰ１２、ＤＰ１３、ＤＰ１４、ＤＰ１５、ＤＰ１６、ＤＰ１７、ＤＰ１８、ＤＰ１９、ＤＰ１Ａ、ＤＰ１Ｂ、ＤＰ１Ｃ、ＤＰ１Ｄ、ＤＰ１Ｅ、ＤＰ１Ｆ、ＤＰ１Ｇ）を含む。図１の例で、１つのピクセルグループは４個の距離ピクセルを含むことができる。

【0014】

図３０を参照して後述するように、ピクセルアレイ１００を含む３次元イメージセンサ（例えば、１０００）は被写体（例えば、１０８０）に変調された送信光（例えば、ＴＸ）を照射する。各ピクセルグループに含まれる距離ピクセルは、互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号（例えば、図２のＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４）に応答して動作し、被写体１０８０から反射された受信光（例えば、ＲＸ）に基づいて被写体１０８０までの距離情報を発生し、１つの外光除去回路を共有する。

【0015】

図１及び以後の図面で、各距離ピクセル内に記載されている数字は、該当距離ピクセルに印加されるフォト制御信号の位相（例えば、送信光（ＴＸ）との位相差）を例示的に示す。図１の例で、１つのピクセルグループに含まれる４個の距離ピクセルは互いに異なる位相を有する４個のフォト制御信号に応答して動作することができる。

【0016】

複数の外光除去回路（ＡＬＣ１１～ＡＬＣ１４）は互いに同一な構造を有し、受信光（ＲＸ）に含まれる外光（ambient light）成分を除去し、１つのピクセルグループに含まれる距離ピクセルにより共有される。例えば、第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）は第１ピクセルグループ（ＰＧ１１）に含まれる距離ピクセル（ＤＰ１１~ＤＰ１４）により共有できる。

【0017】

図示の便宜上、ピクセルアレイが特定個数のピクセルグループ及び外光除去回路を含むものとして図示したが、本発明の実施形態に係るピクセルアレイは互いに交差（例えば、直交）する第１方向（Ｄ１）及び第２方向（Ｄ２）に各々Ｍ個及びＮ個が配置されるＭ＊Ｎ（Ｍ、Ｎは、２以上の自然数）個のピクセルグループ及びこれに対応する外光除去回路を含んで具現できる。

【0018】

図２は、図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの一例を示す回路図である。図３は、図２の第１ピクセルグループに含まれる第１距離ピクセルの一例を示す断面図である。

【0019】

図１、図２、及び図３を参照すると、第１ピクセルグループ（ＰＧ１１）に含まれ、第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）を共有する距離ピクセル（ＤＰ１１～ＤＰ１４）は、各々１－タップ（tap）構造、またはシングル－タップ構造で具現できる。１－タップ構造は１つの光電変換領域が１つのフローティング拡散領域を用いる構造を示す。

【0020】

具体的に、第１距離ピクセル（ＤＰ１１）は、第１光電変換領域１２０、第１フローティング拡散領域１３０、第１フォトゲート１４０、及び第１ドレインゲート１５０を含む。第１距離ピクセル（ＤＰ１１）は、第１ブリッジ拡散領域１６０、第１転送ゲート１７０、第１ドレイン領域１８０、第１リセットトランジスタ（ＴＲ１１）、第１駆動トランジスタ（ＴＳＦ１１）、及び第１選択トランジスタ（ＴＳＥＬ１１）をさらに含むことができる。

【0021】

第１フォトゲート１４０、第１ドレインゲート１５０、及び第１転送ゲート１７０は半導体基板１１０の上（over）に形成され、第１光電変換領域１２０、第１フローティング拡散領域１３０、第１ブリッジ拡散領域１６０、及び第１ドレイン領域１８０は、半導体基板１１０内に形成される。図２で、第１フォトゲート１４０、第１ドレインゲート１５０、及び第１転送ゲート１７０に対応する構成要素を、それぞれ、第１フォトトランジスタ（ＴＰ１１）、第１ドレイントランジスタ（ＴＤ１１）、及び第１転送トランジスタ（ＴＴ１１）として図示し、第１光電変換領域１２０に対応する構成要素を第１フォトダイオード（ＰＤ１１）として図示し、第１フローティング拡散領域１３０、第１ブリッジ拡散領域１６０、及び第１ドレイン領域１８０に対応する構成要素を、それぞれ、第１フローティング拡散ノード（ＦＤ１１）、第１ブリッジ拡散ノード（ＢＤ１１）、及び第１ドレインノード（ＤＤ１１）として図示した。

【0022】

第１フォトゲート１４０は第１光電変換領域１２０の上部に配置され、第１フォト制御信号（ＰＧ１）に応答してオン－オフされる。第１光電変換領域１２０は、第１フォトゲート１４０がターンオンされるときに、受信光（ＲＸ）に基づいて光電荷を発生するか、または発生した前記光電荷を蓄積する。第１ブリッジ拡散領域１６０は第１光電変換領域１２０に隣接して形成され、第１光電変換領域１２０で発生した前記光電荷を一時的に貯蔵する。

【0023】

第１ドレインゲート１５０は第１光電変換領域１２０と第１ドレイン領域１８０との間に配置され、第１フォト制御信号（ＰＧ１）と反対位相を有する第１ドレイン制御信号（ＤＧ１）に応答してオン－オフされる。第１ドレイン領域１８０は第１光電変換領域１２０と離隔して形成され、第１ドレインゲート１５０がターンオンされるときに、第１光電変換領域１２０内の前記光電荷が第１ドレイン領域１８０に放出される。

【0024】

第１転送ゲート１７０は第１光電変換領域１２０（または、第１ブリッジ拡散領域１６０）と第１フローティング拡散領域１３０との間に配置され、転送制御信号（ＴＧ）に応答してオン－オフされる。第１フローティング拡散領域１３０は、第１光電変換領域１２０（または、第１ブリッジ拡散領域１６０）と離隔して形成され、第１転送ゲート１７０がターンオンされるときに、第１光電変換領域１２０で発生した前記光電荷を蓄積する。

【0025】

第１リセットトランジスタ（ＴＲ１１）は、リセット信号（ＲＧ）に応答して第１フローティング拡散領域１３０（または、第１ブリッジ拡散領域１６０）を初期化させる。第１駆動トランジスタ（ＴＳＦ１１）は、第１フローティング拡散領域１３０の電圧を増幅する。第１選択トランジスタ（ＴＳＥＬ１１）は、選択信号（ＳＥＬ）に応答して第１駆動トランジスタ（ＴＳＦ１１）により増幅された電圧を第１出力電圧（ＶＯＵＴ１１）に提供する。

【0026】

一実施形態において、第１距離ピクセル（ＤＰ１１）は半導体基板１１０を用いたＣＭＯＳプロセスにより形成できる。例えば、領域（１２０、１３０、１６０、１８０）は半導体基板１１０の上部表面へのイオン注入工程などにより半導体基板１１０内に形成されることができ、ゲート（１４０、１５０、１７０）は堆積工程、エッチング工程などにより半導体基板１１０と離隔するように半導体基板１１０の上に形成できる。図示してはいないが、半導体基板１１０の上部表面とゲート１４０、１５０、１７０との間には絶縁層が介在できる。

【0027】

一実施形態において、領域（１２０、１３０、１６０、１８０）は、半導体基板１１０と反対導電型の不純物でドーピングされて形成できる。例えば、半導体基板１１０はｐ型半導体基板であり、領域１２０、１３０、１６０、１８０はｎ型不純物を半導体基板１１０より高い濃度でドーピングして形成できる。この場合、前記光電荷は電子－正孔対のうちの電子でありうるが、これに限定されるものではない。

【0028】

第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）は、第１センシング信号（ＳＥＮ１１）に基づいて第１フローティング拡散領域１３０に蓄積された前記光電荷をセンシングし、前記光電荷の量が予め定まった基準を超える場合に、第１補償信号（Ｃ１１）を第１フローティング拡散領域１３０（または、第１ブリッジ拡散領域１６０）に提供する。例えば、第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）は第１補償信号（Ｃ１１）に基づいて前記光電荷（例えば、電子）と反対極性の電荷（例えば、正孔）を第１フローティング拡散領域１３０（または、第１ブリッジ拡散領域１６０）に注入するか、または前記光電荷の一部を第１フローティング拡散領域１３０（または、第１ブリッジ拡散領域１６０）から抜き取ることができる。

【0029】

第２、第３、及び第４距離ピクセル（ＤＰ１２～ＤＰ１４）は、各々第１距離ピクセル（ＤＰ１１）と実質的に同一な構造を有することができる。第２距離ピクセル（ＤＰ１２）は、第２光電変換領域、第２フローティング拡散領域、第２フォトゲート、及び第２ドレインゲートに対応する構成要素（ＰＤ１２、ＦＤ１２、ＴＰ１２、ＴＤ１２）を含み、その他の構成要素（ＢＤ１２、ＴＴ１２、ＤＤ１２、ＴＲ１２、ＴＳＦ１２、ＴＳＥＬ１２）をさらに含み、第３フォト制御信号（ＰＧ３）及び第３ドレイン制御信号（ＤＧ３）に応答して動作し、第２出力電圧（ＶＯＵＴ１２）を提供する。これと類似するように、第３距離ピクセル（ＤＰ１３）は、構成要素（ＰＤ１３、ＦＤ１３、ＴＰ１３、ＴＤ１３、ＢＤ１３、ＴＴ１３、ＤＤ１３、ＴＲ１３、ＴＳＦ１３、ＴＳＥＬ１３）を含み、第２フォト制御信号（ＰＧ２）及び第２ドレイン制御信号（ＤＧ２）に応答して動作し、第３出力電圧（ＶＯＵＴ１３）を提供する。第４距離ピクセル（ＤＰ１４）は構成要素（ＰＤ１４、ＦＤ１４、ＴＰ１４、ＴＤ１４、ＢＤ１４、ＴＴ１４、ＤＤ１４、ＴＲ１４、ＴＳＦ１４、ＴＳＥＬ１４）を含み、第４フォト制御信号（ＰＧ４）及び第４ドレイン制御信号（ＤＧ４）に応答して動作し、第４出力電圧（ＶＯＵＴ１４）を提供する。

【0030】

第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）は、第２、第３、及び第４センシング信号（ＳＥＮ１２、ＳＥＮ１３、ＳＥＮ１４）に基づいて、第２、第３、及び第４距離ピクセル（ＤＰ１２、ＤＰ１３、ＤＰ１４）のフローティング拡散領域に蓄積された光電荷をセンシングし、前記光電荷の量が予め定まった基準を超える場合に、第２、第３、及び第４補償信号（Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４）を第２、第３、及び第４距離ピクセル（ＤＰ１２、ＤＰ１３、ＤＰ１４）の前記フローティング拡散領域（または、ブリッジ拡散領域）に提供する。
図示してはいないが、実施形態に従って第１及び第３出力電圧（ＶＯＵＴ１１、ＶＯＵＴ１３）が１つの出力信号ラインを共有し、第２及び第４出力電圧（ＶＯＵＴ１２、ＶＯＵＴ１４）が他の１つの出力信号ラインを共有することもできる。

【0031】

図４は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイに印加されるフォト制御信号の一例を示すタイミング図である。

【0032】

図２、図３、及び図４を参照すると、３次元イメージセンサは集光（integration）区間の間に被写体（例えば、図３０の１０８０）に変調された送信光（ＴＸ）を照射（illumination）する。送信光（ＴＸ）は被写体１０８０により反射されて受信光（ＲＸ）として３次元イメージセンサに到達する。受信光（ＲＸ）は送信光（ＴＸ）に対して光の飛行時間（time of flight）（ＴＯＦ）だけ遅延される。

【0033】

前記集光区間の間に受信光（ＲＸ）により光電変換領域１２０で光電荷が発生する。具体的に、図４に図示したように、前記集光区間の間にフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）は周期的に変動する強さを有し、このようなフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の活性化区間に相応する光電荷が各光電変換領域で発生する。フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相に相応する光電荷の量を求めれば、前記ＴＯＦを求めることができる。

【0034】

前記集光区間の間に、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）は互いに異なる位相を有することができる。第１フォト制御信号（ＰＧ１）は送信光（ＴＸ）と同一な位相を有し、送信光（ＴＸ）と約０度の位相差を有することができる。第２フォト制御信号（ＰＧ２）は送信光（ＴＸ）（または、第１フォト制御信号（ＰＧ１））と約９０度の位相差を有することができる。第３フォト制御信号（ＰＧ３）は送信光（ＴＸ）と約１８０度の位相差を有し、第２フォト制御信号（ＰＧ２）と約９０度の位相差を有することができる。第４フォト制御信号（ＰＧ４）は送信光（ＴＸ）と約２７０度の位相差を有し、第３フォト制御信号（ＰＧ３）と約９０度の位相差を有することができる。前記集光区間の間に、ドレイン制御信号（ＤＧ１～ＤＧ４）は各々フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）と反対位相を有することができる。

【0035】

また、前記集光区間の間に、第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）は受信光（ＲＸ）に含まれる前記外光成分をセンシングし、これを除去するための補償動作を遂行することができる。

【0036】

図示してはいないが、前記集光区間の以後の読出（readout）区間で、転送制御信号（ＴＧ）、リセット信号（ＲＧ）、選択信号（ＳＥＬ）などを制御して出力電圧（ＶＯＵＴ１１～ＶＯＵＴ１４）が発生する。３次元イメージセンサ内のデジタル信号処理回路（例えば、図３０の１０５０）は、出力電圧（ＶＯＵＴ１１～ＶＯＵＴ１４）を演算して被写体１０８０までの距離情報が獲得される。この際、後述するように、距離情報発生単位毎に１つの距離情報を発生することができる。

【0037】

図５及び図６は、図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの他の例を示す回路図である。

【0038】

図５を参照すると、転送トランジスタ（ＴＴ１１～ＴＴ１４）及びブリッジ拡散ノード（ＢＤ１１～ＢＤ１４）が省略されることを除外すれば、図５の距離ピクセル（ＤＰ１１ａ、ＤＰ１２ａ、ＤＰ１３ａ、ＤＰ１４ａ）は、図２の距離ピクセル（ＤＰ１１～ＤＰ１４）と実質的に同一でありうる。言い換えると、図５の距離ピクセル（ＤＰ１１ａ～ＤＰ１４ａ）の各々は転送ゲート１７０及びブリッジ拡散領域１６０を含まないとしうる。

【0039】

図５の距離ピクセル（ＤＰ１１ａ～ＤＰ１４ａ）は、フォトゲート１４０またはフォトトランジスタ（ＴＰ１１～ＴＰ１４）がターンオンされるときに、光電変換領域１２０で発生した光電荷がフローティング拡散領域１３０またはフローティング拡散ノード（ＦＤ１１～ＦＤ１４）に直接蓄積できる。また、図５では補償信号（Ｃ１１～Ｃ１４）がフローティング拡散領域１３０またはフローティング拡散ノード（ＦＤ１１～ＦＤ１４）に直接提供できる。

【0040】

図６を参照すると、ドレインノード（ＤＤ１）が距離ピクセル（ＤＰ１１ｂ、ＤＰ１２ｂ）により共有され、ドレインノード（ＤＤ２）が距離ピクセル（ＤＰ１３ｂ、ＤＰ１４ｂ）により共有されることを除外すれば、図６の距離ピクセル（ＤＰ１１ｂ、ＤＰ１２ｂ、ＤＰ１３ｂ、ＤＰ１４ｂ）は図２の距離ピクセル（ＤＰ１１～ＤＰ１４）と実質的に同一でありうる。言い換えると、図６の距離ピクセル（ＤＰ１１ｂ～ＤＰ１４ｂ）のうちの２つが１つのドレイン領域１８０を共有することができる。実施形態に従って、１つのピクセルグループに含まれる４個の距離ピクセル全てが１つのドレイン領域１８０を共有することもできる。

【0041】

図７は、図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【0042】

図１、図４、及び図７を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ１００で、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相は全ての集光区間で一定に固定（fixed）できる。例えば、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）は全ての集光区間で常に図４に図示したような位相を有することができ、第１距離ピクセル（ＤＰ１１）は常に送信光（ＴＸ）と約０度の位相差を有する第１フォト制御信号（ＰＧ１）に応答して動作することができる。このような動作方式を固定位相パターン（fixed phase pattern）方式と称することができる。

【0043】

本発明の実施形態に係るピクセルアレイ１００で、１つの距離情報を発生するために４個の位相情報（例えば、約０度、９０度、１８０度、２７０度）が必要でありうる。ピクセルアレイ１００は動作モードによって１つの距離情報を発生するための最小単位（即ち、距離情報発生単位）を決定し、前記動作モードによって異なる方式により距離情報を発生することができる。

【0044】

一実施形態において、前記動作モードは３次元イメージセンサの動作環境の照度に基づいて決定できる。

【0045】

一実施形態において、３次元イメージセンサの前記動作環境の照度が基準照度より高いか等しい高照度環境（または、野外環境）である場合に、ピクセルアレイ１００は図１に図示したように動作することができる。この際、２＊２個の距離ピクセル（例えば、ＤＰ１１～ＤＰ１４）を含む１つのピクセルグループ（例えば、ＰＧ１１）が前記距離情報発生単位として決定され、解像度（resolution）が１／４に減少した２＊２ビニング（binning）方式により距離情報を発生し、外光除去回路（ＡＬＣ１１～ＡＬＣ１４）は活性化されて外光成分を除去することができる。

【0046】

例えば、距離ピクセル（ＤＰ１１）から第１フォト制御信号（ＰＧ１）に基づいた第１位相情報（即ち、約０度）を獲得し、距離ピクセル（ＤＰ１３）から第２フォト制御信号（ＰＧ２）に基づいた第２位相情報（即ち、約９０度）を獲得し、距離ピクセル（ＤＰ１２）から第３フォト制御信号（ＰＧ３）に基づいた第３位相情報（即ち、約１８０度）を獲得し、距離ピクセル（ＤＰ１４）から第４フォト制御信号（ＰＧ４）に基づいた第４位相情報（即ち、約２７０度）を獲得し、前記位相情報を演算して第１ピクセルグループ（ＰＧ１１）に対する１つの距離情報が発生できる。１回のサンプリング、即ち１つのフレーム（depth frame）で距離情報を獲得することができる。

【0047】

一実施形態において、前記動作環境の照度が前記基準照度より低い低照度環境（または、室内環境）である場合に、ピクセルアレイ１００は、図７に図示したように動作することができる。この際、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ１４）が前記距離情報発生単位として決定され、最大解像度（full depth resolution）方式により距離情報を発生し、外光除去回路（ＡＬＣ１１～ＡＬＣ１４）は不活性化されて前記外光成分除去機能を遂行しないとしうる。

【0048】

例えば、第４フォト制御信号（ＰＧ４）と異なる位相を有するフォト制御信号（ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３）に応答して動作し、距離ピクセル（ＤＰ１４）と隣接した第１周辺距離ピクセル（ＤＰ１１、ＤＰ１５、ＤＰ１９、ＤＰ１Ｄ）から第１フォト制御信号（ＰＧ１）に基づいた第１位相情報（即ち、約０度）を獲得し、第２周辺距離ピクセル（ＤＰ１３、ＤＰ１７）から第２フォト制御信号（ＰＧ２）に基づいた第２位相情報（即ち、約９０度）を獲得し、第３周辺距離ピクセル（ＤＰ１２、ＤＰ１Ａ）から第３フォト制御信号（ＰＧ３）に基づいた第３位相情報（即ち、約１８０度）を獲得し、距離ピクセル（ＤＰ１４）自身から第４フォト制御信号（ＰＧ４）に基づいた第４位相情報（即ち、約２７０度）を獲得し、前記位相情報を位相補間（phase interpolation）（または、位相モザイク（phase mosaic））して距離ピクセル（ＤＰ１４）に対する１つの距離情報が発生できる。

【0049】

一実施形態において、前記固定位相パターン方式で、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ１４）に対する距離情報を発生するために、図７に図示したように同一なピクセルグループ（例えば、ＰＧ１１）に含まれる残りの距離ピクセル全て（例えば、ＤＰ１１、ＤＰ１２、ＤＰ１３）、及びその他の周辺距離ピクセル（例えば、ＤＰ１５、ＤＰ１７、ＤＰ１９、ＤＰ１Ａ、ＤＰ１Ｄ）から位相情報が獲得できる。

【0050】

図８は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【0051】

図８を参照すると、複数の距離ピクセル（ＤＰ１１～ＤＰ１Ｇ）に印加されるフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相が集光区間毎に可変される（variable）ことを除外すれば、図８の３次元イメージセンサのピクセルアレイ１００ａは、図１の３次元イメージセンサのピクセルアレイ１００と実質的に同一な構造を有することができる。

【0052】

図９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイに印加されるフォト制御信号などの他の例を示すタイミング図である。図１０は、図８の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【0053】

図４、図８、図９、及び図１０を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ１００ａで、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相は連続する第１及び第２集光区間で可変できる。例えば、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）は、前記第１集光区間で図４に図示した位相を有し、前記第１集光区間の以後の前記第２集光区間で図９に図示した位相を有することができる。この場合、第１距離ピクセル（ＤＰ１１）は、前記第１集光区間で送信光（ＴＸ）と約０度の位相差を有する第１フォト制御信号（ＰＧ１）に応答して動作し、前記第２集光区間で送信光（ＴＸ）と約９０度の位相差を有する第１フォト制御信号（ＰＧ１）に応答して動作することができる。このような動作方式を可変位相パターン（variable phase pattern）方式と称することができる。

【0054】

図９に図示したように、前記第１集光区間の以後の前記第２集光区間の間に、第１フォト制御信号（ＰＧ１）は送信光（ＴＸ）と約９０度の位相差を有し、第２フォト制御信号（ＰＧ２）は送信光（ＴＸ）と約０度の位相差を有し、第３フォト制御信号（ＰＧ３）は送信光（ＴＸ）と約２７０度の位相差を有し、第４フォト制御信号（ＰＧ４）は送信光（ＴＸ）と約１８０度の位相差を有することができる。ドレイン制御信号（ＤＧ１～ＤＧ４）は、各々フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）と反対位相を有することができる。

【0055】

図１及び図７を参照して前述したものと類似するように、本発明の実施形態に係るピクセルアレイ１００ａは動作モードによって距離情報発生単位を決定し、動作モードによって異なる方式により距離情報を発生することができる。また、前記動作モードは動作環境の照度に基づいて決定できる。

【0056】

一実施形態において、前記高照度環境である場合に、ピクセルアレイ１００ａは、図８に図示したように動作することができる。この際、２＊１個の距離ピクセル（例えば、ＤＰ１１、ＤＰ１２）を含む１つのサブピクセルグループが前記距離情報発生単位として決定され、２＊１ビニング方式により距離情報を発生し、外光除去回路（ＡＬＣ１１～ＡＬＣ１４）は活性化できる。例えば、前記第１集光区間で距離ピクセル（ＤＰ１１、ＤＰ１２）から第１及び第３位相情報（即ち、約０及び１８０度）を獲得し、前記第２集光区間で距離ピクセル（ＤＰ１１、ＤＰ１２）から第２及び第４位相情報（即ち、約９０及び２７０度）を獲得し、前記位相情報を演算して距離ピクセル（ＤＰ１１、ＤＰ１２）のサブピクセルグループに対する１つの距離情報が発生できる。２回のサンプリングで距離情報を獲得することができる。

【0057】

一実施形態において、前記低照度環境である場合に、ピクセルアレイ１００ａは図１０に図示したように動作することができる。この際、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ１４）が前記距離情報発生単位として決定され、外光除去回路（ＡＬＣ１１～ＡＬＣ１４）は不活性化できる。例えば、前記第１集光区間で周辺距離ピクセル（ＤＰ１３、ＤＰ１７）及び距離ピクセル（ＤＰ１４）自身から第２及び第４位相情報（即ち、約９０及び２７０度）を獲得し、前記第２集光区間で周辺距離ピクセル（ＤＰ１３、ＤＰ１７）及び距離ピクセル（ＤＰ１４）自身から第１及び第３位相情報（即ち、約０及び１８０度）を獲得し、前記位相情報を位相補間して距離ピクセル（ＤＰ１４）に対する１つの距離情報が発生できる。

【0058】

一実施形態において、前記可変位相パターン方式で、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ１４）に対する距離情報を発生するために、図１０に図示したように同一なピクセルグループ（例えば、ＰＧ１１）に含まれる残りの距離ピクセルのうちの一部（例えば、ＤＰ１３）、及びその他の周辺距離ピクセル（例えば、ＤＰ１７）から位相情報が獲得できる。

【0059】

図１１は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【0060】

図１１を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ２００は、複数のピクセルグループ（ＰＧ２１、ＰＧ２２、ＰＧ２３、ＰＧ２４、ＰＧ２５、ＰＧ２６、ＰＧ２７、ＰＧ２８）、及び複数の外光除去回路（ＡＬＣ２１、ＡＬＣ２２、ＡＬＣ２３、ＡＬＣ２４、ＡＬＣ２５、ＡＬＣ２６、ＡＬＣ２７、ＡＬＣ２８）を含む。

【0061】

複数のピクセルグループ（ＰＧ２１～ＰＧ２８）は互いに同一な構造を有し、複数の距離ピクセル（ＤＰ２１、ＤＰ２２、ＤＰ２３、ＤＰ２４、ＤＰ２５、ＤＰ２６、ＤＰ２７、ＤＰ２８、ＤＰ２９、ＤＰ２Ａ、ＤＰ２Ｂ、ＤＰ２Ｃ、ＤＰ２Ｄ、ＤＰ２Ｅ、ＤＰ２Ｆ、ＤＰ２Ｇ）を含む。図１１の例で、１つのピクセルグループは２つの距離ピクセルを含むことができる。各ピクセルグループに含まれる距離ピクセルは、互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）のうちの一部に応答して動作し、被写体１０８０から反射された受信光（ＲＸ）に基づいて被写体１０８０までの距離情報を発生し、１つの外光除去回路を共有する。

【0062】

複数の外光除去回路（ＡＬＣ２１～ＡＬＣ２８）は互いに同一な構造を有し、受信光（ＲＸ）に含まれる外光成分を除去し、１つのピクセルグループに含まれる距離ピクセルにより共有される。第１外光除去回路（ＡＬＣ２１）は第１ピクセルグループ（ＰＧ２１）に含まれる距離ピクセル（ＤＰ２１、ＤＰ２２）により共有できる。

【0063】

図１２は、図１１の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの一例を示す回路図である。

【0064】

図１１及び図１２を参照すると、第１ピクセルグループ（ＰＧ２１）に含まれ、第１外光除去回路（ＡＬＣ２１）を共有する距離ピクセル（ＤＰ２１、ＤＰ２２）は、１－タップ構造またはシングル－タップ構造で具現できる。

【0065】

図１２の第１及び第２距離ピクセル（ＤＰ２１、ＤＰ２２）及び第１外光除去回路（ＡＬＣ２１）は、図２の第１及び第２距離ピクセル（ＤＰ１１、ＤＰ１２）及び第１外光除去回路（ＡＬＣ１１）と各々実質的に同一な構造を有することができる。第１距離ピクセル（ＤＰ２１）は構成要素（ＰＤ２１、ＦＤ２１、ＴＰ２１、ＴＤ２１、ＢＤ２１、ＴＴ２１、ＤＤ２１、ＴＲ２１、ＴＳＦ２１、ＴＳＥＬ２１）を含み、第１フォト制御信号（ＰＧ１）及び第１ドレイン制御信号（ＤＧ１）に応答して動作し、第１出力電圧（ＶＯＵＴ２１）を提供する。第２距離ピクセル（ＤＰ２２）は構成要素（ＰＤ２２、ＦＤ２２、ＴＰ２２、ＴＤ２２、ＢＤ２２、ＴＴ２２、ＤＤ２２、ＴＲ２２、ＴＳＦ２２、ＴＳＥＬ２２）を含み、第３フォト制御信号（ＰＧ３）及び第３ドレイン制御信号（ＤＧ３）に応答して動作し、第２出力電圧（ＶＯＵＴ２２）を提供する。第１外光除去回路（ＡＬＣ２１）は第１及び第２センシング信号（ＳＥＮ２１、ＳＥＮ２２）に基づいて第１及び第２距離ピクセル（ＤＰ２１、ＤＰ２２）のフローティング拡散領域（または、ブリッジ拡散領域）に第１及び第２補償信号（Ｃ２１、Ｃ２２）を提供する。

【0066】

実施形態に従って、図５を参照して前述したように、転送トランジスタ（ＴＴ２１、ＴＴ２２）及びブリッジ拡散ノード（ＢＤ２１、ＢＤ２２）が省略されることもでき、図６を参照して前述したように１つのドレイン領域が距離ピクセル（ＤＰ２１、ＤＰ２２）により共有されることもできる。

【0067】

一方、第２ピクセルグループ（ＰＧ２２）に含まれ、第２外光除去回路（ＡＬＣ２２）を共有する距離ピクセル（ＤＰ２３、ＤＰ２４）は、やはり１－タップ構造で具現され、各々第２及び第４フォト制御信号（ＰＧ２、ＰＧ４）に応答して動作する。

【0068】

図１３は、図１１の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【0069】

図４、図１１、及び図１３を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ２００で、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相が常に一定な前記固定位相パターン方式でありうる。２つの距離ピクセルが１つの外光除去回路を共有することを除外すれば、図１１及び図１３のピクセルアレイ２００の位相パターンは、図１及び図７のピクセルアレイ１００の位相パターンと実質的に同一であり、したがって、図１１及び図１３のピクセルアレイ２００は、図１及び図７のピクセルアレイ１００と各々実質的に同一に動作できるので、重複する説明は省略する。

【0070】

図１４は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。図１５は、図１４の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【0071】

図４、図９、図１４、及び図１５を参照すると、複数の距離ピクセル（ＤＰ２１～ＤＰ２Ｇ）に印加されるフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相が集光区間毎に可変される可変位相パターン方式であることを除外すれば、図１４の３次元イメージセンサのピクセルアレイ２００ａは、図１１の３次元イメージセンサのピクセルアレイ２００と実質的に同一な構造を有することができる。また、２つの距離ピクセルが１つの外光除去回路を共有することを除外すれば、図１４及び図１５のピクセルアレイ２００ａの位相パターンは、図８及び図１０のピクセルアレイ１００ａの位相パターンと実質的に同一であり、したがって、図１４及び図１５のピクセルアレイ２００ａは、図８及び図１０のピクセルアレイ１００ａと実質的に同一に動作できるので、重複する説明は省略する。

【0072】

図１６は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【0073】

図１６を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ３００は、複数のピクセルグループ（ＰＧ３１、ＰＧ３２、ＰＧ３３、ＰＧ３４）及び複数の外光除去回路（ＡＬＣ３１、ＡＬＣ３２、ＡＬＣ３３、ＡＬＣ３４）を含む。

【0074】

複数のピクセルグループ（ＰＧ３１～ＰＧ３４）は互いに同一な構造を有し、複数の距離ピクセル（ＤＰ３１、ＤＰ３２、ＤＰ３３、ＤＰ３４、ＤＰ３５、ＤＰ３６、ＤＰ３７、ＤＰ３８）を含む。図１６の例において、１つのピクセルグループは２つの距離ピクセルを含むことができる。各ピクセルグループに含まれる距離ピクセルは互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）に応答して動作し、被写体１０８０から反射された受信光（ＲＸ）に基づいて被写体１０８０までの距離情報を発生し、１つの外光除去回路を共有する。

【0075】

複数の外光除去回路（ＡＬＣ３１～ＡＬＣ３４）は互いに同一な構造を有し、受信光（ＲＸ）に含まれる外光成分を除去し、１つのピクセルグループに含まれる距離ピクセルにより共有される。第１外光除去回路（ＡＬＣ３１）は、第１ピクセルグループ（ＰＧ３１）に含まれる距離ピクセル（ＤＰ３１、ＤＰ３２）により共有できる。

【0076】

図１７は、図１６の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１ピクセルグループの一例を示す回路図である。図１８は、図１７の第１ピクセルグループに含まれる第１距離ピクセルの一例を示す断面図である。

【0077】

図１６、図１７、及び図１８を参照すると、第１ピクセルグループ（ＰＧ３１）に含まれ、第１外光除去回路（ＡＬＣ３１）を共有する距離ピクセル（ＤＰ３１、ＤＰ３２）は、各々２－タップ構造で具現できる。２－タップ構造は、１つの光電変換領域が２つのフローティング拡散領域により共有される構造を示す。

【0078】

具体的に、第１距離ピクセル（ＤＰ３１）は半導体基板３１０の中に形成される第１光電変換領域３２０及び第１及び第２フローティング拡散領域（３３０ａ、３３０ｂ）と、半導体基板３１０の上に形成される第１及び第２フォトゲート（３４０ａ、３４０ｂ）を含む。第１距離ピクセル（ＤＰ３１）は、第１及び第２ブリッジ拡散領域（３６０ａ、３６０ｂ）、第１及び第２転送ゲート（３７０ａ、３７０ｂ）、第１及び第２リセットトランジスタ（ＴＲ３１、ＴＲ３２）、第１及び第２駆動トランジスタ（ＴＳＦ３１、ＴＳＦ３２）、及び第１及び第２選択トランジスタ（ＴＳＥＬ３１、ＴＳＥＬ３２）をさらに含むことができる。図１７で、第１及び第２フォトゲート（３４０ａ、３４０ｂ）と第１及び第２転送ゲート（３７０ａ、３７０ｂ）を、それぞれ、フォトトランジスタ（ＴＰ３１、ＴＰ３２）と転送トランジスタ（ＴＴ３１、ＴＴ３２）として図示し、第１光電変換領域３２０をフォトダイオード（ＰＤ３１）として図示し、第１及び第２フローティング拡散領域（３３０ａ、３３０ｂ）と第１及び第２ブリッジ拡散領域（３６０ａ、３６０ｂ）を、それぞれ、フローティング拡散ノード（ＦＤ３１、ＦＤ３２）とブリッジ拡散ノード（ＢＤ３１、ＢＤ３２）として図示した。

【0079】

第１及び第２フォトゲート（３４０ａ、３４０ｂ）は第１光電変換領域３２０の上に配置され、互いに反対位相を有する第１及び第３フォト制御信号（ＰＧ１、ＰＧ３）に応答してオン－オフされる。第１光電変換領域３２０は、第１及び第２フォトゲート（３４０ａ、３４０ｂ）がターンオンされるときに、受信光（ＲＸ）に基づいて光電荷を発生するか、または発生した前記光電荷を蓄積する。
第１距離ピクセル（ＤＰ３１）のその他の構成要素（３３０ａ、３３０ｂ、３６０ａ、３６０ｂ、３７０ａ、３７０ｂ、ＴＲ３１、ＴＲ３２、ＴＳＦ３１、ＴＳＦ３２、ＴＳＥＬ３１、ＴＳＥＬ３２）の動作は、図２及び図３を参照して前述した第１距離ピクセル（ＤＰ１１）の構成要素（１３０、１６０、１７０、ＴＲ１１、ＴＳＦ１１、ＴＳＥＬ１１）の動作と類似するとしうる。第１距離ピクセル（ＤＰ３１）は、第１及び第２出力電圧（ＶＯＵＴ３１、ＶＯＵＴ３２）を提供する。

【0080】

これと類似するように、第２距離ピクセル（ＤＰ３２）は構成要素（ＰＤ３３、ＦＤ３３、ＦＤ３４、ＴＰ３３、ＴＰ３４、ＢＤ３３、ＢＤ３４、ＴＴ３３、ＴＴ３４、ＴＲ３３、ＴＲ３４、ＴＳＦ３３、ＴＳＦ３４、ＴＳＥＬ３３、ＴＳＥＬ３４）を含み、互いに反対位相の第２及び第４フォト制御信号（ＰＧ２、ＰＧ４）に応答して動作し、第３及び第４出力電圧（ＶＯＵＴ３３、ＶＯＵＴ３４）を提供する。

【0081】

第１外光除去回路（ＡＬＣ３１）は、センシング信号（ＳＥＮ３１、ＳＥＮ３２、ＳＥＮ３３、ＳＥＮ３４）に基づいて第１及び第２距離ピクセル（ＤＰ３１、ＤＰ３２）のフローティング拡散領域（または、ブリッジ拡散領域）に補償信号（Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４）を提供する。

【0082】

実施形態に従って、図５を参照して前述したように、転送トランジスタ（ＴＴ３１～ＴＴ３４）及びブリッジ拡散ノード（ＢＤ３１～ＢＤ３４）が省略されることもでき、出力電圧（ＶＯＵＴ３１、ＶＯＵＴ３３）が１つの出力信号ラインを共有し、出力電圧（ＶＯＵＴ３２、ＶＯＵＴ３４）が他の１つの出力信号ラインを共有することもできる。

【0083】

図１９は、図１６の３次元イメージセンサのピクセルアレイの動作方法を説明するための図である。

【0084】

図４、図１６、及び図１９を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ３００で、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相が常に一定な前記固定位相パターン方式により動作することができる。例えば、第１距離ピクセル（ＤＰ３１）は常に送信光（ＴＸ）と約０度及び１８０度の位相差を有する第１及び第３フォト制御信号（ＰＧ１、ＰＧ３）に応答して動作することができる。

【0085】

図１及び図７を参照して前述したものと類似するように、３次元イメージセンサのピクセルアレイ３００は動作モードによって距離情報発生単位を決定し、動作モードによって異なる方式により距離情報を発生することができる。また、前記動作モードは動作環境の照度に基づいて決定できる。

【0086】

一実施形態において、前記高照度環境である場合に、ピクセルアレイ３００は、図１６に図示したように動作することができる。この際、１＊２個の距離ピクセル（例えば、ＤＰ３１、ＤＰ３２）を含む１つのピクセルグループ（例えば、ＰＧ３１）が前記距離情報発生単位として決定され、１＊２ビニング方式により距離情報を発生し、外光除去回路（ＡＬＣ３１～ＡＬＣ３４）は活性化できる。例えば、距離ピクセル（ＤＰ３１）から第１及び第３位相情報（即ち、約０及び１８０度）を獲得し、距離ピクセル（ＤＰ３２）から第２及び第４位相情報（即ち、約９０及び２７０度）を獲得し、前記位相情報を演算してピクセルグループ（ＰＧ３１）に対する１つの距離情報が発生できる。１回のサンプリングで距離情報を獲得することができる。

【0087】

一実施形態において、前記低照度環境である場合に、ピクセルアレイ３００は選択的に、図１９に図示したように動作することができる。言い換えると、図１９に図示された動作モードは、前記低照度環境で常に活性化されるものではなく、選択的に活性化できる。この際、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ３２）が前記距離情報発生単位として決定され、単に、前述した実施形態とは異なり、外光除去回路（ＡＬＣ３１～ＡＬＣ３４）は活性化できる。例えば、周辺距離ピクセル（ＤＰ３１、ＤＰ３５）から第１及び第３位相情報（即ち、約０及び１８０度）を獲得し、距離ピクセル（ＤＰ３２）自身から第２及び第４位相情報（即ち、約９０及び２７０度）を獲得し、前記位相情報を位相補間して距離ピクセル（ＤＰ３２）に対する１つの距離情報が発生できる。

【0088】

図２０及び図２１は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。

【0089】

図２０及び図２１を参照すると、複数の距離ピクセル（ＤＰ３１～ＤＰ３８）に印加されるフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相が集光区間毎に可変される可変位相パターン方式であることを除外すれば、図２０及び図２１の３次元イメージセンサのピクセルアレイ（３００ａ、３００ｂ）は、図１６の３次元イメージセンサのピクセルアレイ３００と実質的に同一な構造を有することができる。

【0090】

３次元イメージセンサのピクセルアレイ（３００ａ、３００ｂ）で、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相は連続する第１及び第２集光区間で可変できる。例えば、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）は前記第１集光区間で図４に図示した位相を有し、前記第１集光区間の以後の前記第２集光区間で図９に図示した位相を有することができる。この際、フォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）の位相パターンまたは配列が図２０に図示したように第１方向（Ｄ１）には同一であり、第２方向（Ｄ２）には交互に行き違うこともでき、図２１に図示したように第１及び第２方向（Ｄ１、Ｄ２）に全て同一であることもできる。

【0091】

一実施形態において、前記高照度環境である場合に、ピクセルアレイ（３００ａ、３００ｂ）は、図２０及び図２１に図示したように動作することができる。この際、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ３２）が前記距離情報発生単位として決定され、外光除去回路（ＡＬＣ３１～ＡＬＣ３４）は活性化できる。距離ピクセル（ＤＰ３２）自身から全ての位相情報（約０度、９０度、１８０度、及び２７０度）を獲得し、位相補間無しで前記位相情報を演算して距離ピクセル（ＤＰ３２）に対する１つの距離情報が発生できる。

【0092】

一実施形態において、前記低照度環境である場合に、３次元イメージセンサのピクセルアレイ（３００ａ、３００ｂ）は、動作方式の変化無しで図２０及び図２１に図示したように動作することができる。

【0093】

図２２は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサのピクセルアレイを示す平面図である。図２３は、図２２の３次元イメージセンサのピクセルアレイに含まれる第１外光除去回路及び第１距離ピクセルの一例を示す回路図である。

【0094】

図２２及び図２３を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ４００は、複数の距離ピクセル（ＤＰ４１、ＤＰ４２、ＤＰ４３、ＤＰ４４）及び複数の外光除去回路（ＡＬＣ４１、ＡＬＣ４２、ＡＬＣ４３、ＡＬＣ４４）を含む。

【0095】

複数の距離ピクセル（ＤＰ４１～ＤＰ４４）は互いに同一な構造を有し、互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）に応答して動作し、被写体１０８０から反射された受信光（ＲＸ）に基づいて被写体１０８０までの距離情報を発生し、１つの外光除去回路を共有する複数のフローティング拡散領域を含む。

【0096】

第１距離ピクセル（ＰＤ４１）は４－タップ構造で具現できる。４－タップ構造は１つの光電変換領域が４個のフローティング拡散領域により共有される構造を示す。具体的に、第１距離ピクセル（ＰＤ４１）は光電変換領域に対応するフォトダイオード（ＰＤ４１）、４個のフローティング拡散領域に対応するフローティング拡散ノード（ＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３、ＦＤ４４）、及び４個のフォトゲートに対応するフォトトランジスタ（ＴＰ４１、ＴＰ４２、ＴＰ４３、ＴＰ４４）を含み、その他の構成要素（ＢＤ４１、ＢＤ４２、ＢＤ４３、ＢＤ４４、ＴＴ４１、ＴＴ４２、ＴＴ４３、ＴＴ４４、ＴＲ４１、ＴＲ４２、ＴＲ４３、ＴＲ４４、ＴＳＦ４１、ＴＳＦ４２、ＴＳＦ４３、ＴＳＦ４４、ＴＳＥＬ４１、ＴＳＥＬ４２、ＴＳＥＬ４３、ＴＳＥＬ４４）をさらに含むことができる。フォトダイオード（ＰＤ４１）が４個のフォトトランジスタ（ＴＰ４１～ＴＰ４４）と連結されることを除外すれば、第１距離ピクセル（ＰＤ４１）の構造及び動作は、図１７及び図１８を参照して前述した第１距離ピクセル（ＤＰ３１）の構造及び動作と類似することができる。第１距離ピクセル（ＰＤ４１）はフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）に応答して動作し、出力電圧（ＶＯＵＴ４１、ＶＯＵＴ４２、ＶＯＵＴ４３、ＶＯＵＴ４４）を提供する。

【0097】

複数の外光除去回路（ＡＬＣ４１～ＡＬＣ４４）は互いに同一な構造を有し、受信光（ＲＸ）に含まれる外光成分を除去し、１つの距離ピクセルに含まれるフローティング拡散領域により共有される。例えば、第１外光除去回路（ＡＬＣ４１）は第１距離ピクセル（ＰＤ４１）に含まれるフローティング拡散領域により共有できる。第１外光除去回路（ＡＬＣ４１）は、センシング信号（ＳＥＮ４１、ＳＥＮ４２、ＳＥＮ４３、ＳＥＮ４４）に基づいて第１距離ピクセル（ＤＰ４１）のフローティング拡散領域（または、ブリッジ拡散領域ら）に補償信号（Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４）を提供する。

【0098】

図２４は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を示す順序図である。

【0099】

図２４を参照すると、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法で、前記３次元イメージセンサは互いに異なる位相を有する複数のフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）に応答して動作する複数の距離ピクセルを備えるピクセルアレイを含む。

【0100】

前記ピクセルアレイで、被写体から反射された受信光（ＲＸ）に基づいて前記被写体までの距離情報を発生するための距離情報発生単位を決定する（ステップＳ１００）。予め定まった位相パターンに基づいて前記複数の距離ピクセルの各々に前記複数のフォト制御信号のうちの１つを対応させて、前記複数の距離ピクセルを駆動する（ステップＳ２００）。周辺距離ピクセルから獲得された位相情報を位相補間する第１演算動作、及び隣接した距離ピクセルをグループ化し、グループ化された距離ピクセルから獲得された位相情報を用いる第２演算動作のうちの少なくとも１つを遂行して、前記距離情報発生単位毎に１つの前記距離情報を獲得する（ステップＳ３００）。言い換えると、距離情報を発生する多様な方式を外光除去回路無しで、そして可変位相パターン方式を利用せず、固定位相パターン方式を用いて遂行することができる。

【0101】

図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサの動作方法を説明するための図である。

【0102】

図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９を参照すると、３次元イメージセンサのピクセルアレイ（５００ａ、５００ｂ、５００ｃ）は複数の距離ピクセル（ＤＰ５１～ＤＰ５Ｇ）を含み、３次元イメージセンサのピクセルアレイ（６００ａ、６００ｂ）は複数の距離ピクセル（ＤＰ６０１～ＤＰ６６４）を含む。例えば、各距離ピクセルは１－タップ構造でありうる。図２５及び図２６では２＊２個の距離ピクセルが互いに異なるフォト制御信号（ＰＧ１～ＰＧ４）に応答して動作し、図２７、図２８、及び図２９では、２＊２個の距離ピクセルが全て同一なフォト制御信号に応答して動作するように位相パターンが定まる。

【0103】

図２５のピクセルアレイ（５００ａ）で、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ５４）が前記距離情報発生単位として決定され、図７を参照して前述したものと類似するように前記第１演算動作を遂行して、距離ピクセル毎に１つの距離情報が発生できる。これをfull read方式と称することができる。

【0104】

図２６のピクセルアレイ（５００ｂ）で、ピクセルグループ（ＰＧ５１～ＰＧ５４）のうちの１つ（例えば、ＰＧ５１）が前記距離情報発生単位として決定され、図１を参照して前述したものと類似するように前記第２演算動作を遂行して、ピクセルグループ毎に１つの距離情報が発生し、4-pixel-merged binning方式と称することができる。

【0105】

図２７のピクセルアレイ（５００ａ）で、サブピクセルグループ（ＳＰＧ５１～ＳＰＧ５４）を含む１つのピクセルグループ（ＰＧ５Ａ）が前記距離情報発生単位として決定され、各サブピクセルグループを平均化して１つの単位として取扱い、図１を参照して前述したものと類似するように、前記第２演算動作を遂行して、ピクセルグループ毎に１つの距離情報が発生し、averaged binning方式と称することができる。

【0106】

図２８のピクセルアレイ（６００ａ）で、１つの距離ピクセル（例えば、ＤＰ６１３）が前記距離情報発生単位として決定され、図７を参照して前述したものと類似するように前記第１演算動作を遂行して、距離ピクセル毎に１つの距離情報が発生し、tetra phase方式と称することができる。周辺距離ピクセルの間の距離が相異するので、距離ピクセルの間の距離によって異なる加重値を与える加重補間（weighted interpolation）動作が遂行できる。

【0107】

図２９のピクセルアレイ（６００ｂ）で、ピクセルグループ（ＰＧ６１～ＰＧ６４）に含まれるサブピクセルグループ（ＳＰＧ６１～ＳＰＧ６Ｇ）のうちの１つ（例えば、ＳＰＧ６４）が前記距離情報発生単位として決定され、各サブピクセルグループを平均化して１つの距離ピクセルとして取扱い、図７を参照して前述したものと類似するように前記第１演算動作を遂行して、サブピクセルグループ毎に１つの距離情報が発生できる。

【0108】

図３０は、本発明の実施形態に係る３次元イメージセンサを示すブロック図である。

【0109】

図３０を参照すると、３次元イメージセンサ１０００は、ピクセルアレイ１０１０、ロウ駆動（ＲＤ）回路１０２０、アナログ－デジタル変換（ＡＤＣ）回路１０３０、光源部１０４０、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路１０５０、及び制御回路１０６０を含み、照度センサ１０７０をさらに含むことができる。

【0110】

光源部１０４０は、被写体１０８０に変調された送信光（ＴＸ）を照射する。光源部１０４０は、光源１０４１及びレンズ１０４３を含むことができる。ピクセルアレイ１０１０は複数の距離ピクセルを含み、本発明の実施形態に係るピクセルアレイでありうる。ロウ駆動回路１０２０は、ピクセルアレイ１０１０の各ロウを駆動する。アナログ－デジタル変換回路１０３０は、ピクセルアレイ１０１０の各コラムから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理回路１０５０は前記デジタル信号に対してイメージデータ処理を遂行し、本発明の実施形態に係る動作方法を遂行（例えば、動作モード、距離情報発生単位／方式などを決定し、前記第１演算動作及び／又は前記第２演算動作を遂行）することができる。制御回路１０６０は、構成要素を制御することができる。照度センサ１０７０は３次元イメージセンサ１０００の動作環境の照度を判断し、３次元イメージセンサ１０００の外部または内部に配置できる。照度センサ１０７０は省略することができ、この時はピクセルアレイ１０１０が照度チェックのためのプリセンシングを遂行することができる。

【産業上の利用可能性】

【0111】

本発明は、３次元イメージセンサ及びこれを含む多様な装置及びシステムに適用できる。

【0112】

前記では本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は以下の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解するはずである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】