JP2021164150A - イメージセンシング装置及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外光を除去するためのイメージセンシング装置及びその動作方法を提供する。
【解決手段】イメージセンシング装置は、フォト制御信号に基づいて入射光ＲＳ´に対応する第１の電荷を生成するための電荷感知素子ＰＤと、リセット信号ＲＸに基づいて電荷感知素子ＰＤをリセットするためのリセット素子ＲＴと、第１の電荷を蓄積するためのフローティング拡散ノードＦＤと、補償制御信号ＣＣに基づいてフローティング拡散ノードＦＤに補償電流ＩＣを供給するための補償素子ＣＴと、選択信号に基づいてフローティング拡散ノードＦＤにかかった電圧に対応するピクセル信号ＶＰＸをリードアウトラインＲＤＬに出力するための選択素子ＳＴとを備える。
【選択図】図２

Description

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

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）を利用したイメージセンシング装置と、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用し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のため、ＣＭＯＳを利用したイメージセンシング装置が多く利用されている。

本発明の実施形態は、外光（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｌｉｇｈｔ）を除去するためのイメージセンシング装置及びその動作方法を提供する。

また、本発明の実施形態は、前記外光を除去するための回路が、ピクセルが配置される領域から最大限排除されるように設計されたイメージセンシング装置及びその動作方法を提供する。

本発明の一側面によれば、イメージセンシング装置は、フォト制御信号に基づいて入射光に対応する第１の電荷を生成するための電荷感知素子と、リセット信号に基づいて前記電荷感知素子をリセットするためのリセット素子と、前記第１の電荷を蓄積するためのフローティング拡散ノードと、補償制御信号に基づいて前記フローティング拡散ノードに補償電流を選択的に供給するための補償素子と、選択信号に基づいて前記フローティング拡散ノードにかかった電圧に対応するピクセル信号をリードアウトラインに出力するための選択素子とを備えることができる。

前記補償素子は、前記補償制御信号に基づいてグローバルバイアスラインに前記フローティング拡散ノードを選択的に接続することができる。

前記補償制御信号は、前記フローティング拡散ノードの飽和可否を表すことができる。

本発明の他の側面によれば、イメージセンシング装置は、補償制御信号に基づいて、入射光のうち、外光を除去して残った反射光（被写体から反射される）に対応するアナログタイプのピクセル信号を生成するための少なくとも１つのピクセルと、前記アナログタイプの前記ピクセル信号をデジタルタイプのピクセル信号に変換するための信号変換器と、前記デジタルタイプの前記ピクセル信号に基づいて前記補償制御信号を生成するための補償制御機とを備えることができる。

前記ピクセルは、フォト制御信号に基づいて前記入射光に対応する第１の電荷を生成するための電荷感知素子と、前記第１の電荷を蓄積するためのフローティング拡散ノードと、補償制御信号に基づいて前記フローティング拡散ノードに前記外光に対応する補償電流を選択的に供給するための補償素子と、選択信号に基づいて前記フローティング拡散ノードにかかった電圧に対応するピクセル信号をリードアウトラインに出力するための選択素子とを備えることができる。

前記補償制御機は、以前フレーム（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｆｒａｍｅ）区間の間に生成された前記デジタルタイプのピクセル信号を用いて現在フレーム区間の間に生成されるピクセル信号を補償できる。

本発明のさらに他の側面によれば、イメージセンシング装置の動作方法は、第１のフレーム（ｆｒａｍｅ）区間の間、少なくとも１つの距離（ｄｅｐｔｈ）センシングピクセルからリードアウトされるピクセル信号に基づいて前記距離センシングピクセルの飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）可否を判断するステップと、前記第１のフレーム区間の間、前記判断結果、飽和された距離センシングピクセルに対応する補償情報を格納するステップと、前記第１のフレーム区間以後の第２のフレーム区間の間、前記補償情報に基づいて前記飽和された距離センシングピクセルから外光を除去するステップとを含むことができる。

前記距離センシングピクセルの飽和可否を判断するステップは、アナログタイプの前記ピクセル信号をデジタルタイプのピクセル信号に変換するステップと、前記デジタルタイプの前記ピクセル信号と基準信号とを比較するステップと、前記比較結果に応じて前記距離センシングピクセルの飽和可否を判断するステップとを含むことができる。

前記外光を除去するステップは、前記距離センシングピクセル内のフローティング拡散ノードに前記外光に対応する補償電流を供給できる。

本発明のさらに他の側面によれば、イメージセンシング装置は、以前ピクセル信号と現在ピクセル信号とを生成するためのピクセルと、前記以前ピクセル信号に基づいて前記ピクセルが飽和されたかを表す補償制御信号と、前記以前ピクセル信号で外光部分に対応する補償値を表すバイアス制御信号を生成するための制御機と、前記バイアス制御信号に応答してバイアス電流を生成するための生成器と、前記現在ピクセル信号に基づいて被写体に関する深さ情報を生成するための処理器とを備えることができ、前記ピクセルは、前記現在ピクセル信号から前記外光部分を除去するために、前記補償制御信号に応答して前記バイアス電流を基に前記飽和を補償することができ、前記ピクセルは、前記制御機及び前記生成器と異なる領域に配置されることができる。

本発明の実施形態は、外光（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｌｉｇｈｔ）を除去することにより、距離（ｄｅｐｔｈ）情報を正確に取得できるという効果がある。

また、本発明の実施形態は、前記外光を除去するための回路が、ピクセルが配置される領域から最大限排除されるように設計されることで、前記ピクセルのピッチ（ｐｉｔｃｈ）に及ぼす影響を最小化できるという効果がある。

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構成図である。 図１に示されたピクセルアレイとバイアス電流生成器との一例を見せた回路図である。 図１に示された補償制御機のブロック構成図である。 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フローチャートである。 図４のイメージセンシング装置の動作をさらに説明するための図である。

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。

そして、明細書の全体において、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、他の構成要素を除外するものではなく、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で記載したとして、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。

図１には、本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置がブロック構成図で示されている。

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間の距離を測定できる。例えば、イメージセンシング装置１００は、イメージセンシング装置１００から被写体２００に向かって放射される光ＭＳと被写体２００から（入力され）イメージセンシング装置１００に入射される光ＲＳとの位相差を検出することにより、前記距離を測定できる。前記測定された距離は、距離情報の形態であるか、または前記距離情報の一部であることができる。

例えば、イメージセンシング装置１００は、光発信機１１０、光受信機１２０、ロー（ｒｏｗ）コントローラ１３０、位相コントローラ１４０、ピクセルアレイ１５０、信号変換器１６０、イメージプロセッサ１７０、補償制御機１８０、及びバイアス電流生成器１９０を備えることができる。

光発信機１１０は、露出時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）（または、露出時間区間）の間にイネーブルされることができる。光発信機１１０は、前記露出時間の間、前記放射された光ＭＳを被写体２００に放射することができる。例えば、前記放射された光ＭＳは、周期的にトグルする周期信号であることができる。

光受信機１２０は、前記露出時間の間にイネーブルされることができる。光受信機１２０は、前記露出時間の間、前記入力された光ＲＳを処理して入射光（ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）ＲＳ´を生成でき、入射光ＲＳ´をピクセルアレイ１５０に伝達することができる。前記入力された光ＲＳは、被写体２００から反射されて光受信機１２０に受信される前記放射された光ＭＳと、被写体２００の周辺及び／又は近所に存在する外光（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｌｉｇｈｔ）とを備えることができる。

ロー（ｒｏｗ）コントローラ１３０は、ピクセルアレイ１５０をロー別に制御するための複数のロー制御信号ＲＣＴＲＬを生成できる。例えば、ローコントローラ１３０は、ピクセルアレイ１５０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のロー制御信号を生成でき、ピクセルアレイ１５０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のロー制御信号を生成できる（ただし、「ｎ」は２より大きい自然数）。

位相コントローラ１４０は、前記露出時間の間にイネーブルされることができる。位相コントローラ１４０は、前記露出時間の間、周期的にトグルする制御信号ＭＸを生成できる。例えば、制御信号ＭＸは、発信光ＭＳと同じ位相及び同じ周期を有することができる。本発明の実施形態では、説明の都合上、１つの制御信号ＭＳが生成されることを例に挙げて説明しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、設計によって位相が互いに異なる複数の制御信号ＭＳを生成及び利用することができる。

ピクセルアレイ１５０は、受信された入射光ＲＳ´、複数のロー制御信号ＲＣＴＲＬ、制御信号ＭＸ、バイアス電流ＩＢ、及び補償制御信号ＣＣに基づいて複数のピクセル信号ＶＰＸを生成できる。複数のピクセル信号ＶＰＸは、各々入射光ＲＳのうち、前記外光が除去されて残った前記反射された光に対応することができる。複数のピクセル信号ＶＰＸは、各々アナログ（ａｎａｌｏｇ）の信号であることができる。ピクセルアレイ１５０は、被写体２００との距離を測定するための複数の単位ピクセル（すなわち、距離センシングピクセル）を備えることができる。例えば、それぞれの単位ピクセルは、複数のロー制御信号ＲＣＴＲＬのうち、割り当てられたロー制御信号に基づいて選択されることができ、制御信号ＭＸと受信された入射光ＲＳ´とそれぞれのバイアス電流ＩＢとそれぞれの補償制御信号ＣＣとに基づいて１つのピクセル信号ＶＰＸを生成できる。前記単位ピクセルは、図２を参照してより詳細に説明する。

信号変換器１６０は、前記アナログタイプの複数のピクセル信号ＶＰＸをデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）タイプの複数のピクセル信号ＤＡＤＣに変換することができる。例えば、信号変換器１６０は、アナログツーデジタルコンバーター（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備えることができる。

イメージプロセッサ１７０は、複数のピクセル信号ＤＡＤＣに基づいて前記距離を測定または算出することができる。前記距離を測定する方法は、既によく知られた技術等を利用することができる。

補償制御機１８０は、複数のピクセル信号ＤＡＤＣに基づいて複数の補償制御信号ＣＣと少なくとも１つのバイアス制御信号ＢＣと複数の選択制御信号ＣＳとを生成できる。複数の補償制御信号ＣＣは、それぞれの単位ピクセルに備えられたフローティング拡散ノードの飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）可否を表すことができる。複数の補償制御信号ＣＣの個数は、前記複数の単位ピクセルの個数に対応して生成されることができる。バイアス制御信号ＢＣと複数の選択制御信号ＣＳとは、それぞれの単位ピクセルの飽和可否によって生成されることができる。例えば、バイアス制御信号ＢＣは、共通に利用される１つの信号でありうるし、複数の選択制御信号ＣＳの個数は、ピクセルアレイ１５０のコラム個数に対応して生成されることができる。

補償制御機１８０は、以前フレーム（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｆｒａｍｅ）区間の間に生成された複数のピクセル信号ＤＡＤＣを用いて、現在フレーム区間の間に生成される複数のピクセル信号ＤＡＤＣを補正する役割を果たすことができる。補償制御機１８０は、図３を参照してより詳細に説明する。

バイアス電流生成器１９０は、バイアス制御信号ＢＣと選択制御信号ＣＳとに基づいて補償電流ＩＣに対応するバイアス電流ＩＢをそれぞれの単位ピクセルに備えられた補償素子ＣＴに供給することができる。バイアス電流生成器１９０は、図２を参照してより詳細に説明する。

一方、イメージセンシング装置１００を構成する上記の要素等（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）のうち、少なくともピクセルアレイ１５０は、アナログ領域に配置されることができ、補償制御機１８０とバイアス電流生成器１９０とは、デジタル領域に配置されることができる。言い換えれば、前記単位ピクセルと関連した構成（すなわち、ピクセルアレイ１５０）と前記外光を除去するための構成（すなわち、補償制御機１８０とバイアス電流生成器１９０）とは、互いに重ならずに分離された領域に配置されることができる。例えば、前記単位ピクセルと関連した構成（すなわち、ピクセルアレイ１５０）と前記外光を除去するための構成（すなわち、補償制御機１８０とバイアス電流生成器１９０）とは、互いに異なるチップ（ｃｈｉｐ）に集積されることができる。

図２には、図１に示されたピクセルアレイ１５０とバイアス電流生成器１９０との一例を見せた回路図が図示されている。例えば、図２には、ピクセルアレイ１５０の単に１つの単位ピクセルとピクセルアレイ１５０の１つのコラムに対応するバイアス電流生成器１９０が図示されていることに留意する。

図２に示すように、ピクセルアレイ１５０は、前記単位ピクセルを備えることができる。前記単位ピクセルは、リセット信号ＲＸ、伝達信号ＴＸ、選択信号ＳＸ、制御信号ＭＸ、及び補償制御信号ＣＣに基づいてピクセル信号ＶＰＸを生成できる。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制御信号ＲＣＴＲＬに含まれる信号であることができる。例えば、前記単位ピクセルは、電荷感知素子ＰＤ、リセット素子ＲＴ、伝達素子ＴＴ、フローティング拡散ノードＦＤ、補償素子ＣＴ、駆動素子ＤＴ、及び選択素子ＳＴを備えることができる。

電荷感知素子ＰＤは、接続ノードＮＮと低電圧端との間に接続されることができる。電荷感知素子ＰＤは、前記露出時間の間、制御信号ＭＸに基づいて入射光ＲＳ´に対応する電荷を生成できる。例えば、電荷感知素子ＰＤは、フォトダイオードを備えることができる。

リセット素子ＲＴは、高電圧端と接続ノードＮＮとの間に接続されることができる。リセット素子ＲＴは、リセット信号ＲＸに基づいて前記露出時間以前のリセット時間の間にイネーブルされて、前記高電圧端と接続ノードＮＮとを電気的に接続することができる。リセット素子ＲＴは、前記リセット時間の間、前記高電圧端と接続ノードＮＮとを電気的に接続することにより、電荷感知素子ＰＤとフローティング拡散ノードＦＤとをリセットすることができる。例えば、リセット素子ＲＴは、リセット信号ＲＸをゲート端として受信し、前記高電圧端と接続ノードＮＮとの間にソース端とドレイン端とが接続されるＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

伝達素子ＴＴは、接続ノードＮＮとフローティング拡散ノードＦＤとの間に接続されることができる。第１の伝達素子ＴＴは、第１の伝達信号ＴＸに基づいて前記リセット時間と前記露出時間の間にイネーブルされて接続ノードＮＮとフローティング拡散ノードＦＤとを電気的に接続することができる。伝達素子ＴＴは、前記リセット時間の間、接続ノードＮＮとフローティング拡散ノードＦＤとを電気的に接続することにより、フローティング拡散ノードＦＤがリセットされ得る環境を提供でき、前記露出時間の間、接続ノードＮＮとフローティング拡散ノードＦＤとを電気的に接続することにより、電荷感知素子ＰＤから生成された前記電荷をフローティング拡散ノードＦＤに伝達することができる。例えば、伝達素子ＴＴは、伝達信号ＴＸをゲート端として受信し、接続ノードＮＮとフローティング拡散ノードＦＤとの間にソース端とドレイン端とが接続されるＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

フローティング拡散ノードＦＤは、電荷感知素子ＰＤから生成された前記電荷を前記露出時間の間に蓄積することができる。より正確には、フローティング拡散ノードＦＤに接続された寄生キャパシタＣに前記電荷が蓄積され得る。

補償素子ＣＴは、フローティング拡散ノードＦＤとグローバルバイアスラインＧＢＬとの間に接続されることができる。補償素子ＣＴは、補償制御信号ＣＣに基づいて前記露出時間の間にイネーブルされ、フローティング拡散ノードＦＤとグローバルバイアスラインＧＢＬとを電気的に接続することができる。補償素子ＣＴは、前記露出時間の間、フローティング拡散ノードＦＤとグローバルバイアスラインＧＢＬとを電気的に接続することにより、前記外光に対応する補償電流ＩＣをフローティング拡散ノードＦＤに供給することができる。例えば、補償素子ＣＴは、補償制御信号ＣＣをゲート端として受信し、フローティング拡散ノードＦＤとグローバルバイアスラインＧＢＬとの間にソース端とドレイン端とが接続されるＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

駆動素子ＤＴは、前記高電圧端と選択素子ＳＴとの間に接続されることができる。駆動素子ＤＴは、フローティング拡散ノードＦＤにかかった電圧に基づいて前記高電圧端を介して供給される高電圧でリードアウトラインＲＤＬを駆動できる。例えば、駆動素子ＤＴは、フローティング拡散ノードＦＤにゲート端が接続され、前記高電圧端と選択素子ＳＴとの間にソース端とドレイン端とが接続されたＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

選択素子ＳＴは、駆動素子ＤＴとリードアウトラインＲＤＬとの間に接続されることができる。選択素子ＳＴは、選択信号ＳＸに基づいて前記露出時間以後のリードアウト時間の間にイネーブルされ、駆動素子ＤＴと第１のコラムラインＣＯＬ１とを電気的に接続することができる。選択素子ＳＴは、前記リードアウト時間の間、フローティング拡散ノードＦＤにかかった電圧に対応するピクセル信号ＶＰＸをリードアウトラインＲＤＬを介して信号変換器１６０に出力することができる。例えば、選択素子ＳＴは、選択信号ＳＸをゲート端として受信し、駆動素子ＤＴとリードアウトラインＲＤＬとの間にソース端とドレイン端とが接続されるＮＭＯＳトランジスタを備えることができる。

バイアス電流生成器１９０は、電流源ＳＦ及びスイッチＳＷを備えることができる。

電流源ＳＦは、前記高電圧端とスイッチＳＷとの間に接続されることができる。電流源ＳＦは、バイアス制御信号ＢＣに基づいてバイアス電流ＩＢを生成できる。

スイッチＳＷは、電流源ＳＦとグローバルバイアスラインＧＢＬとの間に接続されることができる。スイッチＳＷは、選択制御信号ＣＳに基づいて電流源ＳＦとグローバルバイアスラインＧＢＬとの間を選択的に接続することにより、バイアス電流ＩＢを補償素子ＣＴに供給することができる。

図３には、図１に示された補償制御機１８０がブロック構成図で図示されている。

図３に示すように、補償制御機１８０は、複数の比較器１８１、メモリ１８３、複数の第１のバッファ１８５、複数の第２のバッファ１８７、及びバイアス制御機１８９を備えることができる。

複数の比較器１８１は、複数のピクセル信号ＤＡＤＣの各々と基準信号ＤＴＨとを比較し、その比較結果に対応する複数の比較信号ＣＯＭＰを生成できる。例えば、対応する比較器１８１は、対応するピクセル信号ＤＡＤＣが基準信号ＤＴＨより同じであるか、大きい場合（すなわち、ＤＡＤＣ≧ＤＴＨ）、論理ローレベル（「０」）の比較信号ＣＯＭＰを生成できる。ピクセル信号ＤＡＤＣが基準信号ＤＴＨより同じであるか、大きい場合（すなわち、ＤＡＤＣ≧ＤＴＨ）は、対応する単位ピクセルが飽和されなかったことを表すことができる。逆に、対応する比較器１８１は、対応するピクセル信号ＤＡＤＣが基準信号ＤＴＨより小さい場合（すなわち、ＤＡＤＣ＜ＤＴＨ）、論理ハイレべル（「１」）の比較信号ＣＯＭＰを生成できる。ピクセル信号ＤＡＤＣが基準信号ＤＴＨより小さい場合（すなわち、ＤＡＤＣ＜ＤＴＨ）は、対応する単位ピクセルが飽和されたことを表すことができる。例えば、複数の比較器１８１の個数は、ピクセルアレイ１５０のコラム個数に対応して備えられることができる。

メモリ１８３は、複数の比較信号ＣＯＭＰを単位ピクセル別に格納することができる。すなわち、メモリ１８３は、対応する単位ピクセルの飽和可否に対応する補償情報としてそれぞれの比較信号ＣＯＭＰを格納することができる。例えば、メモリ１８３は、前記複数の単位ピクセルに各々対応する複数のメモリセルを備えることができる。前記複数のメモリセルは、各々対応する１つの比較信号ＣＯＭＰを格納することができる。メモリ１８３は、前記以前フレーム区間の間に複数の比較信号ＣＯＭＰを格納し、前記現在フレーム区間の間に複数の比較信号ＣＯＭＰに対応する複数の第１及び第２の選択情報信号ＲＯＷ、ＣＯＬを生成できる。

複数の第１のバッファ１８５は、複数の第１の選択情報信号ＲＯＷをバッファリングして複数の補償制御信号ＣＣを生成できる。例えば、複数の第１のバッファ１８５の個数は、前記複数の単位ピクセルの個数に対応して備えられることができる。

複数の第２のバッファ１８７は、複数の第２の選択情報信号ＣＯＬをバッファリングして複数の選択制御信号ＣＳを生成できる。例えば、複数の第２のバッファ１８７の個数は、ピクセルアレイ１５０のコラム個数に対応して備えられることができる。

バイアス制御機１８９は、バイアス制御信号ＢＣを生成できる。例えば、バイアス制御機１８９は、前記外光に対応する補償値に応じてバイアス制御信号ＢＣを生成できる。バイアス制御機１８９は、イメージセンシング装置１００の初期動作の際、予め設定された補償値に応じてバイアス制御信号ＢＣを静的に（ｓｔａｔｉｃ）生成することができるか、またはイメージセンシング装置１００のノーマル動作の際、リアルタイムに変更される補償値に応じてバイアス制御信号ＢＣを動的に（ｄｙｎａｍｉｃ）生成することができる。

以下、上記のような構成を有する本発明の実施形態に係るイメージセンシング装置１００の動作を説明する。

図４には、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フローチャートが図示されている。

図４に示すように、前記第１のフレーム区間の間、イメージセンシング装置１００は、前記複数の単位ピクセル（すなわち、距離センシングピクセル）からリードアウトされる複数のピクセル信号ＶＰＸに基づいて前記複数の単位ピクセルのそれぞれの飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）可否を表す前記複数の補償情報（すなわち、複数の比較信号ＣＯＭＰ）を格納することができる。前記第２のフレーム区間の間、イメージセンシング装置１００は、前記複数の補償情報に基づいて飽和された単位ピクセルから前記外光を除去し、前記複数の単位ピクセルからリードアウトされる複数のピクセル信号ＶＰＸに基づいて前記距離を測定できる。

まず、前記第１のフレーム区間の間のイメージセンシング装置１００の動作をより詳細に説明する。前記第１のフレーム区間の間、メモリ１８３に備えられた前記複数のメモリセルには、複数の単位ピクセルが全て不飽和されたことを表す論理ローレベルの複数の比較信号ＣＯＭＰが格納されたことを前提として説明する。

第１のリセット時間の間、ピクセルアレイ１５０に備えられた前記複数の単位ピクセルは、リセットされることができる。例えば、前記複数の単位ピクセルは、前記第１のリセット時間の間、不要に残留する電荷を除去できる。第１の露出時間の間、前記複数の単位ピクセルは、各々電荷を蓄積できる。例えば、それぞれの単位ピクセルは、自分のフローティング拡散ノードＦＤに電荷を蓄積できる。第１のリードアウト時間の間、前記複数の単位ピクセルは、複数のピクセル信号ＶＰＸを信号変換器１６０に出力することができる（Ｓ１１０）。例えば、それぞれの単位ピクセルは、自分のフローティング拡散ノードＦＤにかかった電圧に基づいて対応する１つのピクセル信号ＶＰＸを対応する１つのリードアウトラインＲＤＬを介して出力することができる。

前記第１のリードアウト時間の間、信号変換器１６０は、アナログタイプの複数のピクセル信号ＶＰＸをデジタルタイプの複数のピクセル信号ＤＡＤＣに変換することができる。前記第１のリードアウト時間の間、イメージプロセッサ１７０は、複数のピクセル信号ＤＡＤＣに基づいて前記第１のフレーム区間に対応する前記距離を測定できる。前記第１のリードアウト時間の間、補償制御機１８０は、複数のピクセル信号ＶＰＸの飽和可否を判断でき（Ｓ１２０）、複数のピクセル信号ＶＰＸの飽和可否に対応する前記複数の補償情報をメモリ１８３に格納することができる（Ｓ１３０）。参考までに、それぞれのピクセル信号ＶＰＸの飽和可否を判断する過程は、前記デジタルタイプの前記ピクセル信号ＶＰＸと基準信号とを比較することにより、それぞれの単位ピクセルの飽和可否を判断できる。

次に、前記第２のフレーム区間の間のイメージセンシング装置１００の動作をより詳細に説明する。

第２のリセット時間の間、ピクセルアレイ１５０に備えられた前記複数の単位ピクセルは、リセットされることができる。例えば、前記複数の単位ピクセルは、前記第２のリセット時間の間、不要に残留する電荷を除去できる。第２の露出時間の間、前記複数の単位ピクセルは、各々電荷を蓄積できる。例えば、それぞれの単位ピクセルは、自分のフローティング拡散ノードＦＤに電荷を蓄積できる。このとき、補償制御機１８０が前記補償情報に基づいて複数の選択制御信号ＣＳと複数の補償制御信号ＣＣとを生成すれば、前記複数の単位ピクセルのうち、飽和された単位ピクセルから外光が除去され得る（Ｓ２１０）。例えば、前記飽和された単位ピクセルに備えられた補償素子ＣＴはイネーブルされて、前記外光に対応する補償電流ＩＣを前記飽和された単位ピクセルに備えられたフローティング拡散ノードＦＤに供給することができる。これにより、前記飽和された単位ピクセルに備えられたフローティング拡散ノードＦＤに蓄積された電荷のうち、前記外光に対応する分だけの電荷が相殺され得る。例えば、フローティング拡散ノードＦＤに蓄積された電荷（例：負の電荷）と反対極性の電荷（例：正の電荷）とが前記外光に対応する分だけ注入されることにより相殺されるか、またはフローティング拡散ノードＦＤに蓄積された電荷のうち、前記外光に対応する分だけの電荷が放出されることにより相殺されることができる。

第２のリードアウト時間の間、前記複数の単位ピクセルは、複数のピクセル信号ＶＰＸを信号変換器１６０に出力することができる（Ｓ２２０）。例えば、それぞれの単位ピクセルは、自分のフローティング拡散ノードＦＤにかかった電圧に基づいて対応する１つのピクセル信号ＶＰＸを対応する１つのリードアウトラインＲＤＬを介して出力することができる。

前記第２のリードアウト時間の間、信号変換器１６０は、アナログタイプの複数のピクセル信号ＶＰＸをデジタルタイプの複数のピクセル信号ＤＡＤＣに変換することができる。前記第２のリードアウト時間の間、イメージプロセッサ１７０は、複数のピクセル信号ＤＡＤＣに基づいて前記第２のフレーム区間に対応する前記距離情報を測定できる。このとき、複数のピクセル信号ＤＡＤＣは、前記外光が除去された状態であるから、正確な前記距離情報を測定できる。さらに、前記第２のリードアウト時間の間、補償制御機１８０は、複数のピクセル信号ＶＰＸの飽和可否を判断でき（Ｓ２３０）、複数のピクセル信号ＶＰＸの飽和可否に対応する前記複数の補償情報をメモリ１８３に格納（すなわち、ｏｖｅｒ−ｗｒｉｔｅまたはｒｅ−ｗｒｉｔｅ）することができる（Ｓ２４０）。

図５には、図４に示されたイメージセンシング装置１００の動作をさらに説明するための図面が図示されている。

図５に示すように、前記第１のフレーム区間の間、飽和されたことと判断された単位ピクセルは、「（Ａ）」で黒色に表示され、前記飽和された単位ピクセルに対応する論理ハイレバル（「１」）を有する比較信号ＣＯＭＰが前記補償情報として格納され得る。「（Ｂ）」に示されたように、不飽和された単位ピクセルに対応する論理ローレベル（「０」）を有する比較信号ＣＯＭＰが前記補償情報として格納され得る。

前記第２のフレーム区間の間、前記外光が除去された状態で前記複数の単位ピクセルの飽和可否を判断した結果、「（Ｃ）」のように前記複数の単位ピクセルが全て飽和されなかった場合、「（Ｄ）」のように不飽和された単位ピクセルに対応して論理ローレベル（「０」）の比較信号ＣＯＭＰを前記補償情報として格納（すなわち、ｏｖｅｒ−ｗｒｉｔｅまたはｒｅ−ｗｒｉｔｅ）することができる。

このような本発明の実施形態によれば、ピクセル内に外光除去回路として補償素子だけを用いることにより、前記外光を容易に除去できながらも、前記外光除去回路による前記ピクセルの設計複雑性及び前記ピクセルの面積を最小化できるという利点がある。

本発明の技術思想は、前記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は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、本発明の技術思想の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。

１００ イメージセンシング装置
１１０ 光発信機
１２０ 光受信機
１３０ ローコントローラ
１４０ 位相コントローラ
１５０ ピクセルアレイ
１６０ 信号変換器
１７０ イメージプロセッサ
１８０ 補償制御機
１９０ バイアス電流生成器

Claims (20)

1. フォト制御信号に基づいて入射光に対応する第１の電荷を生成するための電荷感知素子と、
   リセット信号に基づいて前記電荷感知素子をリセットするためのリセット素子と、
   前記第１の電荷を蓄積するためのフローティング拡散ノードと、
   補償制御信号に基づいて前記フローティング拡散ノードに補償電流を供給するための補償素子と、
   選択信号に基づいて前記フローティング拡散ノードにかかった電圧に対応するピクセル信号をリードアウトラインに出力するための選択素子と、
   を備えるイメージセンシング装置。
2. 前記補償素子は、前記補償制御信号に基づいてグローバルバイアスラインに前記フローティング拡散ノードを選択的に接続する請求項１に記載のイメージセンシング装置。
3. 前記補償制御信号は、前記フローティング拡散ノードの飽和可否を表す請求項１に記載のイメージセンシング装置。
4. アナログタイプの前記ピクセル信号をデジタルタイプのピクセル信号に変換するための信号変換器と、
   前記デジタルタイプの前記ピクセル信号に基づいて前記補償制御信号を生成するための補償制御機と、
   をさらに備える請求項１に記載のイメージセンシング装置。
5. 前記補償制御機は、以前フレーム区間の間に生成された前記デジタルタイプのピクセル信号を用いて現在フレーム区間の間に生成されるピクセル信号を補償するための前記補償制御信号を生成する請求項４に記載のイメージセンシング装置。
6. 前記補償制御機は、
   前記デジタルタイプの前記ピクセル信号と基準信号とを比較するための比較器と、
   前記比較器から出力される比較信号を格納し、前記比較信号に対応する第１及び第２の選択情報信号を生成するためのメモリと、
   前記第１の選択情報信号をバッファリングして前記補償制御信号を生成するための第１のバッファと、
   前記第２の選択情報信号をバッファリングして選択制御信号を生成するための第２のバッファと、
   バイアス制御信号を生成するためのバイアス制御機と、
   を備える請求項４に記載のイメージセンシング装置。
7. 前記バイアス制御信号と前記選択制御信号とに基づいて前記補償電流に対応するバイアス電流を前記補償素子に供給するためのバイアス電流生成器をさらに備える請求項６に記載のイメージセンシング装置。
8. 前記バイアス電流生成器は、
   前記バイアス制御信号に基づいて前記バイアス電流を生成するための電流源と、
   前記選択制御信号に基づいて前記電流源と前記補償素子との間を選択的に接続するためのスイッチと、
   を備える請求項７に記載のイメージセンシング装置。
9. 前記電荷感知素子、前記フローティング拡散ノード、前記補償素子、及び前記選択素子は、アナログ領域に配置され、
   前記補償制御機は、デジタル領域に配置される請求項４に記載のイメージセンシング装置。
10. 補償制御信号に基づいて、入射光のうち、外光を除去して残った反射光（被写体から反射される）に対応するアナログタイプのピクセル信号を生成するための少なくとも１つのピクセルと、
    前記アナログタイプの前記ピクセル信号をデジタルタイプのピクセル信号に変換するための信号変換器と、
    前記デジタルタイプの前記ピクセル信号に基づいて前記補償制御信号を生成するための補償制御機と、
    を備えるイメージセンシング装置。
11. 前記ピクセルは、
    フォト制御信号に基づいて前記入射光に対応する第１の電荷を生成するための電荷感知素子と、
    前記第１の電荷を蓄積するためのフローティング拡散ノードと、
    前記補償制御信号に基づいて前記フローティング拡散ノードに前記外光に対応する補償電流を選択的に供給するための補償素子と、
    選択信号に基づいて前記フローティング拡散ノードにかかった電圧に対応するピクセル信号をリードアウトラインに出力するための選択素子と、
    を備える請求項１０に記載のイメージセンシング装置。
12. 前記補償制御信号は、前記ピクセル内のフローティング拡散ノードの飽和可否を表す請求項１１に記載のイメージセンシング装置。
13. 前記補償制御機は、以前フレーム区間の間に生成された前記デジタルタイプのピクセル信号を用いて現在フレーム区間の間に生成されるピクセル信号を補償する請求項１０に記載のイメージセンシング装置。
14. 前記補償制御機は、
    前記デジタルタイプの前記ピクセル信号と基準信号とを比較するための比較器と、
    前記比較器から出力される比較信号を前記ピクセル別に格納し、前記比較信号に対応する第１の選択情報信号を生成するためのメモリと、
    前記第１の選択情報信号をバッファリングして前記補償制御信号を生成するためのバッファと、
    を備える請求項１１に記載のイメージセンシング装置。
15. 前記メモリは、前記比較信号に対応する第２の選択情報信号をさらに生成し、
    前記補償制御機は、
    バイアス制御信号を生成するためのバイアス制御機と、
    前記第２の選択情報信号をバッファリングして選択制御信号を生成するための第２のバッファと、
    前記バイアス制御信号と前記選択制御信号とに基づいて前記補償電流に対応するバイアス電流を前記補償素子に供給するためのバイアス電流生成器と、
    をさらに備える請求項１４に記載のイメージセンシング装置。
16. 前記バイアス電流生成器は、
    前記バイアス制御信号に基づいて前記バイアス電流を生成するための電流源と、
    前記選択制御信号に基づいて前記電流源と前記補償素子との間を選択的に接続するためのスイッチと、
    を備える請求項１５に記載のイメージセンシング装置。
17. 前記ピクセルは、アナログ領域に配置され、
    前記補償制御機は、デジタル領域に配置される請求項１０に記載のイメージセンシング装置。
18. 第１のフレーム区間の間、少なくとも１つの距離センシングピクセルからリードアウトされるピクセル信号に基づいて前記少なくとも１つの距離センシングピクセルの飽和可否を判断するステップと、
    前記第１のフレーム区間の間、飽和されたことと判断された距離センシングピクセルの補償情報を格納するステップと、
    前記第１のフレーム区間以後の第２のフレーム区間の間、前記補償情報に基づいて飽和されたことと判断された前記距離センシングピクセルから外光を除去するステップと、
    を含むイメージセンシング装置の動作方法。
19. 前記距離センシングピクセルの飽和可否を判断するステップは、
    アナログタイプの前記ピクセル信号をデジタルタイプのピクセル信号に変換するステップと、
    前記デジタルタイプの前記ピクセル信号と基準信号とを比較するステップと、
    前記比較結果に応じて前記少なくとも１つの距離センシングピクセルの飽和可否を判断するステップと、
    を含む請求項１８に記載のイメージセンシング装置の動作方法。
20. 前記外光を除去するステップは、
    前記飽和されたことと判断された前記距離センシングピクセル内のフローティング拡散ノードに前記外光に対応する補償電流を供給する請求項１８に記載のイメージセンシング装置の動作方法。

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