KR101484111B1

KR101484111B1 - 입체 이미지 센서

Info

Publication number: KR101484111B1
Application number: KR20080094265A
Authority: KR
Inventors: 이승훈; 에릭 알. 포썸; 박윤동; 조경래; 변성재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: US20100073462A1; US8300088B2; JP2010081609A; KR20100034996A

Abstract

입체 이미지 센서에 관하여 개시된다. 개시된 입체 이미지 센서는, 어레이 형태로 배열된 레드픽셀, 그린픽셀, 및 블루픽셀을 포함하는 컬러픽셀과, 거리측정 픽셀을 구비한다. 상기 거리측정픽셀은 서로 모서리가 인접되게 배치되며, 상기 인접된 복수의 거리측정픽셀은 선택적으로 하나의 거리측정신호를 출력할 수도 있다.

Description

입체 이미지 센서{Three dimensional image sensor}

본 발명은 입체 컬러 이미지 센서에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 복수의 거리측정 픽셀이 서로 인접되게 배치되어서 선택적으로 하나의 거리측정 정보를 제공하는 입체 이미지 센서에 관한 것이다.

입체 컬러 센서는 물체의 컬러 이미지와, 물체와의 거리를 측정하여 입체적으로 물체의 컬러를 재현하는 센서이다. 입체 이미지 센서는 컬러 이미지 픽셀과 거리측정 픽셀을 구비한다. 컬러 이미지 픽셀은 레드 픽셀, 그린픽셀 및 블루 픽셀을 구비하며, 이들 픽셀들과 거리측정픽셀은 어레이 형태로 배열된다.

적외선 파장의 광의 세기를 측정하는 거리측정 픽셀은 컬러픽셀과 비교하여 감도가 낮다. 따라서, 일반적인 거리측정픽셀은 컬러 픽셀 보다 크게 형성된다. 이에 따라, 거리측정픽셀의 감도가 증가될 수 있으나 컬러픽셀의 해상도는 감소될 수 있다.

한편, 거리측정픽셀의 크기를 감소시키면, 신호대비 노이즈 비(signal-to-noize ratio)가 감소하므로 정확한 거리측정정보를 얻기가 어렵다. 또한, 조도의 감소에 따라서 감도(sensitivity)가 감소될 수 있다.

본 발명은 조도에 따라서 복수의 거리측정픽셀을 하나의 거리측정픽셀로 사용하는 입체 이미지 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입체 이미지 센서는:

어레이 형태로 배열된 레드픽셀, 그린픽셀, 및 블루픽셀을 포함하는 컬러픽셀과, 거리측정 픽셀을 구비하며,

상기 거리측정픽셀은 서로 모서리가 인접되게 배치되며, 상기 인접된 복수의 픽셀은 선택적으로 하나의 거리측정신호를 출력한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 컬러픽셀은 서로 모서리가 인접되게 배치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컬러픽셀 로우 드라이버 및 거리측정픽셀 로우 드라이버를 더 구비하며,

상기 컬러픽셀 로우 드라이버 및 상기 거리측정픽셀 로우 드라이버는 서로 상기 어레이의 마주보는 양측에 각각 배치된다.

상기 어레이의 상기 양측과 다른 양측에서, 각각 상기 컬러픽셀의 컬럼 출력라인 및 상기 거리측정픽셀의 컬럼 출력라인이 연결되는 어낼로그 신호처리부;를 더 구비한다.

본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 인접한 복수의 거리측정 픽셀은, 각 픽셀 의 제1신호출력라인 및 제2신호출력라인이 각각 병렬로 연결된 제1 및 제2 통합출력라인; 및

상기 제1신호출력라인 및 상기 제1 통합출력라인과, 상기 제2신호출력라인 및 상기 제2 통합출력라인 사이에 설치되며 해당 픽셀의 출력라인을 선택적으로 상기 통합출력라인에 연결하는 스위칭 소자;를 더 구비한다.

상기 스위칭 소자는 해당 거리측정픽셀의 선택 트랜지스터일 수 있다.

본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 인접한 복수의 거리측정 픽셀의 각 픽셀은, 해당 포토다이오드의 양측에서 상기 포토다이오드와 일단이 연결되는 제1 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터를 구비하며,

상기 인접한 복수의 거리측정 픽셀은 상기 제1 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터의 타단과 병렬로 연결된 제1 및 제2 플로팅 확산영역; 및

상기 플로팅 확산영역 및 상기 트랜스퍼 트랜지스터 사이에서, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 작동에 의해 상기 포토다이오드로부터의 신호가 상기 플로팅 확산영역으로 이동되는 것을 선택하는 스위칭 소자;를 구비하며,

상기 제1 및 제2 플로팅 확산영역은 각각 제1 및 제2 드라이브 트랜지스터의 게이트 및 제1 및 제2 리셋 트랜지스터에 연결되며, 상기 제1 및 제2 드라이브 트랜지스터는 제1 및 제2 선택 트랜지스터를 통해서 각각 제1 및 제2 통합 출력라인으로 상기 제1 및 제2 플로팅 확산영역으로부터의 신호를 출력한다.

상기 스위칭 소자는 해당 거리측정픽셀의 트랜스퍼 트랜지스터일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 제1 및 제2 통합 출력라인과 연결되며, 상기 제1 또 는 제2 통합출력라인으로부터의 출력신호가 제1값 이하이면, 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 함께 턴온하고, 상기 제2 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자와 위상차를 가지고 함께 턴온하여 상기 인접한 복수의 거리측정픽셀의 신호로 하나의 통합된 신호를 출력하고, 상기 출력신호가 제1값 보다 크면, 상기 각 거리측정픽셀의 상기 스위칭 소자를 위상차를 가지고 순차적으로 구동하여 각 거리측정픽셀의 신호를 순차적으로 출력하는 신호제어부;를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 피사체의 밝기를 측정하는 조도미터 및

상기 제1 및 제2 통합 출력라인과 연결되며, 상기 조도미터로부터 상기 피사체로부터의 조도가 제1값 이하이면, 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 함께 턴온하고, 상기 제2 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자와 위상차를 가지고 함께 턴온하여 상기 인접한 복수의 거리측정픽셀의 신호로 하나의 통합된 신호를 출력하고, 상기 출력신호가 제1값 보다 크면, 상기 각 거리측정픽셀의 상기 스위칭 소자를 위상차를 가지고 순차적으로 구동하여 각 거리측정픽셀의 신호를 순차적으로 출력하는 신호제어부;를 더 구비할 수 있다.

상기 거리측정픽셀 및 상기 컬러픽셀은 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 이미 지 센서를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 이미지 센서(100)의 어레이를 개략적으로 보여주는 평면도이다.

도 1을 참조하면, 입체 이미지 센서(100)는 거리측정픽셀(Z)과 컬러픽셀(C)을 구비한다. 컬러픽셀(C)은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루픽셀(B)을 구비하며, 도 1에서 보듯이 그린 픽셀(G)는 두개의 픽셀로 형성될 수 있다.

거리측정픽셀(Z)과 컬러픽셀(C)은 서로 같은 크기로 형성되며, 서로 교번적으로 배치되어 있다. 거리측정픽셀(Z)은 각각의 모서리가 서로 인접되게 배치되어 있다. 그리고, 컬러픽셀(C)도 각각의 모서리가 서로 인접되게 배치되어 있다.

한편, 본 발명의 거리측정 픽셀(Z)은 도 1에서 보듯이 인접한 4개의 픽셀이 모여서 하나의 픽셀, 예컨대 슈퍼픽셀을 형성한다.

서로 인접하게 배치된 복수, 예컨대 4개의 거리측정픽셀들(Z)은 적외선 파장을 가진 광의 세기에 따라서 각각 하나의 거리측정정보를 제공하거나, 또는 4개의 거리측정픽셀에서 하나의 광의 세기로 측정하여 하나의 거리측정정보를 제공할 수 있다. 복수의 거리측정픽셀이 선택적으로 하나 또는 복수의 영역의 거리측정을 선택적으로 하기 위한 복수의 거리측정픽셀의 연결에 대해서는 후술된다.

도 1에서는 인접한 4개의 픽셀이 모여서 하나의 슈퍼픽셀을 형성하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 2개 또는 3개의 거리측정픽셀이 모여서 하나의 슈퍼픽셀을 형성할 수도 있으며, 또한, 5개의 거리측정픽셀이 모여서 하나의 슈퍼픽셀을 형성할 수도 있다.

컬러픽셀 및 거리측정픽셀의 상부에는 특정 파장을 가진 광을 선택적으로 투과시키는 필터가 형성되고, 상기 필터 상에는 광을 집광하는 마이크로 렌즈가 더 설치된다. 그리고, 필터의 하부에는 해당필터를 통과한 광의 세기를 측정하는 포토다이오드가 형성된다. 이러한 이미지 센서의 구조는 일반적으로 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서(200)의 구성을 보여주는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 어레이 형태로 배치된 컬러픽셀(C)과 거리측정픽셀(Z)은 각각 로우 드라이버(211, 212)에 연결되는 신호입력선(201)과, 어낼로그 신호처리부(221, 222)에 연결되는 컬럼 출력라인(202)이 서로 분리되어 있다.

컬러 픽셀들의 로우 드라이버(211)는 어레이(210)의 좌측에 배치되어 있으며, 거리측정픽셀 로우 드라이버(212)는 어레이(210)의 우측에 배치되어 있다. 컬러픽셀 로우 드라이버(211)는 60Hz로 작동하며, 거리측정픽셀 로우 드라이버(212)는 20 MHz로 작동될 수 있다.

어레이(210)의 상측에는 거리측정픽셀의 컬럼 출력라인(202)이 연결되는 어낼로그 신호 처리부(222)와, 어낼로그 신호 처리부(222)로부터의 신호가 입력되는 어낼로그-디지털 컨버터(232)가 배치된다. 어레이(210)의 하측에는 컬러픽셀의 컬럼 출력라인(202)이 연결되는 어낼로그 신호 처리부(221)와, 어낼로그 신호 처리부(221)로부터의 신호가 입력되는 어낼로그-디지털 컨버터(231)가 배치된다.

각각의 어낼로그-디지털 컨버터(231, 232)로부터의 디지털 신호는 미도시된 이미지 신호 처리부로 입력된다.

본 발명에 따른 컬러픽셀과 거리측정픽셀이 어레이의 양측에 신호선들(201, 202)이 구분되게 배치되는 것은 신호대 노이즈 비를 감소시키고, 또한, 이미지 센서 칩의 레이아웃 설계를 용이하게 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 거리측정 픽셀(Z)의 등가회로도이다. 상기 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 서로 모서리가 인접한 4개의 거리측정픽셀(Z1~Z4)은 각각 하나의 포토 다이오드(PD)와 포토 다이오드(PD)로부터의 전하가 위상차를 가지고 이동되는 제1 및 제2 회로를 구비한다. 제1회로는 트랜스터 트랜지스터(TRF1), 리셋 트랜지스터(RST1), 드라이브 트랜지스터(DRV1), 선택 트랜지스터(SEL1)를 구비한다. 제2회로는 트랜스터 트랜지스터(TRF2), 리셋 트랜지스터(RST2), 드라이브 트랜지스터(DRV2), 선택 트랜지스터(SEL2)를 구비한다. 제1~제4 거리측정픽셀(Z1~Z4)의 제1회로 출력라인(OUT1)은 제1통합출력라인(291)에 병렬로 연결되며, 제2회로 출력라인(OUT2)은 제2통합출력라인(292)에 병렬로 연결된다. 제1 및 제2 통합출력라인(291, 292)은 도 2의 거리측정픽셀의 컬럼 출력라인(202)에 해당된다. 도 2의 신호입력선(201)은 도 3의 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)에 구분되게 연결된다.

도 3에서는, 제2~제4 거리측정픽셀(Z2~Z4)의 일부 구성을 생략하였다.

제1 및 제2 플로팅 확산영역(FD1, FD2)은 각각 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)의 게이트 및 리셋 트랜지스터(RST1, RST2)에 연결되며, 드라이브 트랜지스 터(DRV1, DRV2)는 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)를 통해서 각각 제1 및 제2 통합 출력라인(293, 294)으로 제1 및 제2 플로팅 확산영역(FD1, FD2)으로부터의 신호를 출력할 수 있다.

한편, 거리측정픽셀을 각각 하나의 픽셀로 사용하거나, 또는 복수의 거리측정픽셀을 하나의 슈퍼픽셀로 사용하는 것은 피사체의 조도에 따른다. 즉, 피사체의 조도가 높을 경우에는 적외선 파장의 광의 세기가 높기 때문에 하나의 거리측정픽셀로도 광의 측정이 정확하게 이루어질 수 있으며, 조도가 낮을 경우에는 복수의 영역에서의 광을 모아서 측정함으로써 거리측정을 정확하게 할 수 있다. 이를 위해서는 조도판단수단이 필요할 수도 있다.

제1통합출력라인(291) 또는 제2통합출력라인(292)으로부터의 광의 세기로 피사체의 조도를 측정할 수 있다. 조도의 세기로부터 4개의 거리측정픽셀(Z1~Z4)을 통합하여 하나의 신호로 사용하는 것과 각각의 거리측정픽셀(Z1~Z4)을 별개의 신호로 사용하는 것은 결정될 수 있다.

한편, 포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2) 사이에는 포토 게이트가 더 형성될 수 있으며, 편의상 도 3에서는 생략되었다.

도 4는 도 3의 거리측정픽셀을 구비한 입체 이미지 센서의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 하나의 슈퍼픽셀을 형성하는 인접한 거리측정픽셀(Z1~Z4)의 각각의 제1회로에는 스위칭소자(SW1-SW4) 및 증폭기(AMP)가 연결되며, 증폭기(AMP)로부터의 신호는 통합기(INT)로 통합된다. 제2회로에는 스위칭소자(SW5-SW8) 및 증폭기(AMP')가 연결되며 증폭기(AMP')로부터의 신호는 통합기(INT')로 통 합된다.

통합기(INT)로부터의 신호는 제1 패스게이트(261) 및 제2 패스게이트(262)로 입력된다. 통합기(INT')로부터의 신호는 제3 패스게이트(263) 및 제4 패스게이트(264)로 입력된다. 제1~제4 패스게이트(261, 262, 263, 264)로부터의 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270), 어낼로그 디지털 컨버터(280) 및 이미지 화상 처리부(290)으로 입력된다.

제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 거리측정픽셀(Z1~Z4)의 선택 트랜지스터(SEL1)일 수 있으며, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)는 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)의 제2 선택 트랜지스터(SEL2)일 수 있다. 또한, 제1~제8 스위치(SW1~SW8)는 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)와 제1 및 제2 통합출력라인(291, 292) 사이에 각각 형성된 별도의 스위치(미도시)일 수 있다.

도 4의 통합기(INT, INT')는 각각 제1 및 제2 통합출력라인(291, 292)일 수 있다. 도 4의 각 증폭기(AMP, AMP')는 해당 픽셀의 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)와 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)로 구성될 수 있다.

도 4의 구성은 조도판단부가 제1신호 통합라인에 형성된 것을 예시한 것이다. 스위칭 소자(SW1~SW4)가 모두 턴온되면, 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호는 통합기(INT)로 통합되며, 통합기(INT)로부터의 신호는 비교기(250) 및 판단기(260)로 입력된다. 비교기(250)는 입력된 신호를 기준값(V_High)과 비교하여 상기 기준값(V_High) 이하이면, 판단기(260)로 "1" 신호를 출력하며, 아니면 "0" 신호를 출력한 다. 이에 따라 판단기(260)는 상기 신호가 "1"이면, 제1 패스게이트(261) 및 제3 패스게이트(263)을 오픈하며, "0"이면 제2 패스게이트(262) 및 제4 패스게이트(264)를 오픈한다.

비교기(250) 및 판단기(260)는 신호 제어부(269)를 형성하며, 조도에 따라서 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력되는 신호를 선택한다.

상기 신호가 1'인 경우, 즉 피사체의 조도가 낮은 경우, 제1 패스게이트(261)에는 통합기(INT)로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다. 제3 패스게이트(263)에는 통합기(INT') 로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다. 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 동시에 턴온되며, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 위상차를 가지고 모두 동시에 턴온(ON)되며, 이에 따라서, 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호가 위상차를 가진 두개의 신호로서 어낼로그 시그널 처리부(270)으로 입력된다.

상기 신호가 0인 경우, 즉 피사체의 조도가 높은 경우, 제2패스게이트(262) 및 제4패스게이트(264)가 오픈되며, 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)는 순차적으로 개폐되어서 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT)로 순차적으로 입력된다. 또한, 제5~제8 스위칭 소자(SW5~SW8)도 각각 대응되는 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)와 위상차를 가지도록 순차적으로 개폐되며, 이에 따라 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT')로 순차적으로 입력된다. 통합기(INT, INT')로부터의 위상차를 가진 대응되는 두개의 신호는 어낼로그 시그널 처리 부(270)로 순차적으로 입력된다.

어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된 신호는 어낼로그-디지털 컨버터(280)로 들어가서 디지털 신호로 바뀌며, 이어서 이미지 신호 처리부(290)로 입력된다.

위상차를 가진 신호로 피사체의 거리를 측정하는 로직은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 거리측정 픽셀의 등가 회로도이며, 도 6은 도 5의 블록도이다. 상기 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 인접되는 4개의 거리측정픽셀(Z1~Z4)은 각각 하나의 포토 다이오드(PD1~PD4)와 포토 다이오드(PD1~PD4)로부터의 전하가 위상차를 가지고 이동되는 제1 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2)를 구비한다.

픽셀(Z1~Z4)의 제1 트랜스퍼 트랜지스터들(TRF1)은 제1 플로팅 확산영역(FD1)에 병렬로 연결되며, 제2 트랜스터 트랜지스터들(TRF2)은 제2 플로팅 확산영역(FD2)에 병렬로 연결된다.

인접되는 4개의 픽셀(Z1~Z4)은 제1플로팅 확산영역(FD1)과 연결된 리셋 트랜지스터(RST1)와 제1 플로팅 확산영역(FD1)에 게이트가 연결된 드라이브 트랜지스터(DRV1)와, 선택 트랜지스터(SEL1)와, 제2플로팅 확산영역(FD2)과 연결된 리셋 트랜지스터(RST2)와 제2 플로팅 확산영역(FD2)에 게이트가 연결된 드라이브 트랜지스터(DRV2)와, 선택 트랜지스터(SEL2)를 더 구비한다.

한편, 포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2) 사이에는 포토 게이트가 더 형성될 수 있으며, 편의상 도 5에서는 생략되었다.

인접되는 4개의 픽셀(Z1~Z4)의 제1회로에는 스위칭소자(SW1-SW4), 통합기(INT), 및 증폭기(AMP)가 연결되며, 제2회로에는 스위칭소자(SW5-SW8), 통합기(INT') 및 증폭기(AMP')가 연결된다. 제1회로로부터의 신호들은 통합기(INT)에서 통합된 후 증폭기(AMP)로 입력되며, 제2회로로부터의 신호들은 통합기(INT')에서 통합된 후 증폭기(AMP')로 입력된다. 따라서, 도 4의 구성과 비교하여 증폭기의 수가 줄어든다.

통합기(INT)로부터의 신호는 제1 패스게이트(261) 및 제2 패스게이트(262)로 입력된다. 통합기(INT')로부터의 신호는 제3 패스게이트(263) 및 제4 패스게이트(264)로 입력된다. 제1~제4 패스게이트(261~264)로부터의 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270), 어낼로그 디지털 컨버터(28) 및 이미지 화상 처리부(290)으로 입력된다.

피사체의 조도를 측정하기 위해서는 통합기(INT) 또는 통합기(INT')를 사용할 수 있으며, 편의상 도 6에는 통합기(INT)로부터의 신호만을 이용하여 조도를 판단한다. 조도의 판단에 따라 4개의 픽셀을 통합하여 하나의 신호로 사용하는 것과 각각의 픽셀을 별개의 신호로 사용하는 것은 결정될 수 있다.

도 6의 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)의 제1 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1)일 수 있으며, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)는 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)의 제2 트랜스퍼 트랜지스터(TRF2)일 수 있다. 또한, 제1~제8 스위치(SW1~SW8)는 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2)와 제1 및 제2 플로팅 확산영역(FD1, FD2) 사이에 각 각 형성된 스위치(미도시)일 수 있다.

제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호가 모두 통합되기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 동시에 턴온하고, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 소정의 위상차를 가지고 모두 동시에 온(ON)시켜야 한다. 그리고, 각 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호를 각각 얻기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 순차적으로 턴온하고, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 대응되는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 위상차를 가지도록 턴온시켜야 한다.

도 6의 각 증폭기(AMP, AMP')는 해당 픽셀의 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)와 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)로 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.

도 7을 참조하면, 이미지 센서는, 도 4의 블록도와 비교하여 피사체의 조도를 판단하는 수단으로서의 조도미터(300)를 구비하며, 또한 시분할기(295)를 구비한다. 조도미터(300)는 피사체로부터의 광을 수광하여 그 전기적 신호를 판단부(360)로 출력한다. 판단부(360)는 입력된 신호가 소정의 값 이하로 판단되면, 제1 패스게이트(261) 및 제3 패스게이트(263)를 열고, 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 디바이스(SW1~SW4)를 동시에 턴온하고, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 소정의 위상차를 가지고 모두 동시에 온(ON)시킨다. 제1 패스게이트(261) 및 제3 패스게이트(263)에는 통합기(INT, INT')로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다.

판단부(360)는 입력된 신호가 소정의 값 보다 큰 것으로 판단하면 제2 패스 게이트(262) 및 제4 패스게이트(264)를 연다. 제2 패스게이트(262) 및 제4 패스게이트(264)가 오픈되는 경우, 시분할기(295)는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 순차적으로 턴온하고, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 대응되는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 위상차를 가지도록 턴온시킨다. 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT, INT')로 순차적으로 입력되며, 따라서, 통합기(INT, INT')로부터의 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다.

시분할기(295)는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력되는 신호가 어느 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호인 지를 알려주는 동기신호를 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.

도 8을 참조하면, 이미지 센서는, 도 6의 블록도와 비교하여 피사체의 조도를 판단하는 수단으로서 조도미터(300)를 구비한다. 조도미터(300)는 피사체로부터의 광을 수광하여 그 전기적 신호를 판단부(360)로 출력한다.

판단부(360)는 입력된 신호가 소정의 값 이하로 판단되면, 제1 패스게이트(261) 및 제3 패스게이트(263)를 열고, 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 디바이스(SW1~SW4)를 동시에 턴온하고, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 소정의 위상차를 가지고 모두 동시에 온(ON)시킨다. 제1 패스게이트(261) 및 제3 패스게이트(263)에는 통합기(INT, INT')로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다.

판단부(360)는 입력된 신호가 소정의 값 보다 작은 것으로 판단하면 제2 패스게이트(262) 및 제4 패스게이트(264)를 연다. 제2 패스게이트(262) 및 제4 패스게이트(246)가 오픈되는 경우, 시분할기(295)는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 순차적으로 턴온하고, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 대응되는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 위상차를 가지도록 턴온시킨다. 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT, INT')로 순차적으로 입력되며, 따라서, 이들 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다.

본 발명에 따른 입체 이미지 센서는 피사체의 조도에 따라 각 거리측정픽셀로 거리를 측정하거나 또는 복수의 거리측정픽셀을 하나의 픽셀로 하여 거리를 측정함으로써 조도가 약할 때의 거리측정 감도를 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 또 실시예에 따른 거리측정 픽셀(Z)의 등가회로도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 거리측정 픽셀의 등가 회로도이며, 도 6은 도 5의 블록도이다.

Claims

각각 복수의 컬러 이미지 픽셀들을 포함하는 복수의 컬러 픽셀들; 및

복수의 거리측정 픽셀들을 포함하고,

상기 복수의 컬러 픽셀들 및 상기 복수의 거리측정 픽셀들은 어레이 형태로 교번적으로 배열되며,

상기 복수의 거리측정 픽셀들 중 일부는 하나의 거리측정 픽셀 그룹을 구성하고, 상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹에 포함된 거리측정 픽셀들은 서로 모서리가 인접되게 배치되며, 상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹은 하나의 거리측정신호를 공동으로 출력 가능하고,

상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹은, 상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹에 포함된 상기 거리측정 픽셀들의 제1 단에 공통으로 연결되는 제1 통합 출력 라인 및 상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹에 포함된 상기 거리측정 픽셀들의 제2 단에 공통으로 연결되는 제2 통합 출력 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 컬러 픽셀들은 서로 모서리가 인접되게 배치된 입체 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

컬러픽셀 로우 드라이버 및 거리측정픽셀 로우 드라이버를 더 구비하며,

상기 컬러픽셀 로우 드라이버 및 상기 거리측정픽셀 로우 드라이버는 서로 상기 어레이의 마주보는 양측에 각각 배치된 입체 이미지 센서.
제 3 항에 있어서,

상기 어레이의 상기 양측과 다른 양측에서, 각각 상기 컬러픽셀의 컬럼 출력라인 및 상기 거리측정픽셀의 컬럼 출력라인이 연결되는 어낼로그 신호처리부;를 더 구비하는 입체 이미지 센서.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 통합 출력 라인은 상기 거리측정 픽셀들의 제1 신호출력라인에 연결되고, 상기 제2 통합 출력 라인은 상기 거리측정 픽셀들의 제2 신호출력라인에 연결되며,

상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹은

상기 제1 신호출력라인 및 상기 제1 통합 출력 라인과, 상기 제2 신호출력라인 및 상기 제2 통합 출력 라인 사이에 설치되며 해당 픽셀의 상기 제1 및 제2 신호출력라인들을 선택적으로 상기 제1 및 제2 통합 출력 라인들에 각각 연결하는 스위칭 소자들;을 더 구비하는 입체 이미지 센서.
제 5 항에 있어서,

상기 스위칭 소자는 해당 거리측정픽셀의 선택 트랜지스터인 입체 이미지 센서.
제 3 항에 있어서,

상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹에 포함된 각 거리측정 픽셀은, 해당 포토다이오드의 양측에서 상기 포토다이오드와 일단이 연결되는 제1 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터를 구비하며,

상기 하나의 거리측정 픽셀 그룹은, 상기 제1 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터의 타단과 병렬로 연결된 제1 및 제2 플로팅 확산영역을 구비하며,

상기 제1 및 제2 플로팅 확산영역은 각각 제1 및 제2 드라이브 트랜지스터의 게이트 및 제1 및 제2 리셋 트랜지스터에 연결되며, 상기 제1 및 제2 드라이브 트랜지스터는 제1 및 제2 선택 트랜지스터를 통해서 각각 상기 제1 및 제2 통합 출력라인으로 상기 제1 및 제2 플로팅 확산영역으로부터의 신호를 출력하는 입체 이미지 센서.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 트랜스퍼 트랜지스터의 작동에 의해 상기 포토다이오드로부터의 신호가 상기 제1 플로팅 확산영역으로 이동되고,

상기 제2 트랜스퍼 트랜지스터의 작동에 의해 상기 포토다이오드로부터의 신호가 상기 제2 플로팅 확산 영역으로 이동되는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 통합 출력라인과 연결되며, 상기 제1 또는 제2 통합출력라인으로부터의 출력신호가 제1값 이하이면, 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 함께 턴온하고, 상기 제2 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자와 위상차를 가지고 함께 턴온하여 상기 인접한 복수의 거리측정픽셀의 신호로 하나의 통합된 신호를 출력하고, 상기 출력신호가 상기 제1값 보다 크면, 상기 각 거리측정픽셀의 상기 스위칭 소자를 위상차를 가지고 순차적으로 구동하여 각 거리측정픽셀의 신호를 순차적으로 출력하는 신호제어부;를 더 구비한 입체 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

피사체의 조도를 측정하는 조도미터 및

상기 제1 및 제2 통합 출력라인과 연결되며, 상기 조도미터에서 측정된 상기 조도가 제1값 이하이면, 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 함께 턴온하고, 상기 제2 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자를 상기 제1 통합출력라인에 연결된 스위칭 소자와 위상차를 가지고 함께 턴온하여 상기 인접한 복수의 거리측정픽셀의 신호로 하나의 통합된 신호를 출력하고, 상기 조도미터에서 측정된 상기 조도가 상기 제1값 보다 크면, 상기 각 거리측정픽셀의 상기 스위칭 소자를 위상차를 가지고 순차적으로 구동하여 각 거리측정픽셀의 신호를 순차적으로 출력하는 신호제어부; 를 더 구비한 입체 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 거리측정픽셀 및 상기 컬러픽셀은 실질적으로 동일한 크기로 형성된 입체 이미지 센서.