KR102611704B1 - Image sensor and image capturing method - Google Patents

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KR102611704B1 KR1020210092048A KR20210092048A KR102611704B1 KR 102611704 B1 KR102611704 B1 KR 102611704B1 KR 1020210092048 A KR1020210092048 A KR 1020210092048A KR 20210092048 A KR20210092048 A KR 20210092048A KR 102611704 B1 KR102611704 B1 KR 102611704B1
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한건희
김상우
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

개시된 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및 상기 복수의 픽셀에 대응되고, 상기 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성되는 복수의 메모리 셀을 포함하는 프레임 메모리;를 포함하고, 상기 픽셀 어레이는, 상기 복수의 픽셀에 각각 대응되게 마련되고, 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성되는 픽셀 플래그부; 및 상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 픽셀 회로;를 포함하고, 상기 픽셀 플래그부는: 상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 상기 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하고, 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송됨에 따라 상기 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성될 수 있다.An image sensor according to an embodiment of the disclosed invention includes a pixel array including a plurality of pixels that output a pixel signal according to a pixel state that changes depending on the intensity of incident light; and a frame memory corresponding to the plurality of pixels and including a plurality of memory cells configured to store transmission time data of the pixel signal, wherein the pixel array is provided to respectively correspond to the plurality of pixels, , a pixel flag unit configured to set the token setting state of each pixel; and a pixel circuit configured to control the pixel flag unit according to the pixel state, wherein the pixel flag unit: sends a token signal corresponding to the pixel signal to each pixel according to the pixel state and the token setting state. The token setting state may be configured to change as the token signal is transmitted to the memory cell.

Description

이미지 센서 및 이미지 획득 방법{IMAGE SENSOR AND IMAGE CAPTURING METHOD}Image sensor and image acquisition method {IMAGE SENSOR AND IMAGE CAPTURING METHOD}

본 발명은 각 픽셀이 메모리 셀에 전송하는 비트 수를 줄여 전력 소모량을 감소시킬 수 있는 이미지 센서 및 이미지 획득 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor and an image acquisition method that can reduce power consumption by reducing the number of bits each pixel transmits to a memory cell.

CMOS 이미지 센서는 다양한 인식용 기기에 이용되고 있다. 휴대폰, 감시카메라 등에 사용되는 이미지 센서는 초고성능 이미징에 초점이 맞춰져 있어 수백 mW에 이르는 전력을 소모한다. 이는 always-on monitoring 수행 시 배터리를 빠르게 방전시키므로 전력 소모를 줄일 수 있는 저전력 이미지 센서의 필요성이 대두되고 있다.CMOS image sensors are used in various recognition devices. Image sensors used in mobile phones, surveillance cameras, etc. are focused on ultra-high-performance imaging and consume hundreds of mW of power. Since this causes the battery to quickly discharge when performing always-on monitoring, the need for a low-power image sensor that can reduce power consumption is emerging.

일반적으로 이미지 센서의 픽셀과 프레임 메모리는 각각 최적화된 공정에 의해 서로 다른 칩으로 제작되며 chip-to-chip interconnection에 의해 서로 연결된다. 이에 따라 픽셀에서 프레임 메모리로 디지털 데이터를 전송 시 큰 기생 용량(parasitic capacitance)을 고속으로 구동하게 되어 큰 전력소모가 발생하게 된다.In general, the pixels and frame memory of an image sensor are manufactured into different chips through an optimized process and are connected to each other through chip-to-chip interconnection. Accordingly, when digital data is transmitted from the pixel to the frame memory, a large parasitic capacitance is driven at high speed, resulting in large power consumption.

이 전력 소모는 전송되는 데이터의 양이 많을수록, 요구되는 전송속도가 빠를수록 커지며, 각 픽셀 당 전송되는 비트 수와 픽셀 수에 의해 결정된다. 그러므로 각 픽셀이 전송하는 비트 수를 줄여 데이터 전송 시 소모되는 전력을 줄이는 기술이 필요하다.This power consumption increases as the amount of data transmitted increases and the required transmission speed increases, and is determined by the number of bits transmitted per pixel and the number of pixels. Therefore, technology is needed to reduce the power consumed during data transmission by reducing the number of bits transmitted by each pixel.

본 발명은 각 픽셀에서 프레임 메모리로 전송되는 데이터의 양을 최소화하여 기존의 이미지 센서 및 이미지 획득 방법보다 전력의 소모를 줄일 수 있는 이미지 센서 및 이미지 획득 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide an image sensor and an image acquisition method that can reduce power consumption compared to existing image sensors and image acquisition methods by minimizing the amount of data transmitted from each pixel to a frame memory.

또한, 본 발명은 한 프레임 주기 동안 픽셀에서 메모리 셀로 픽셀 신호가 단 한번만 전송되도록 하여 전력 소모를 최소화하는 이미지 센서 및 이미지 획득 방법을 제공하기 위한 것이다.Additionally, the present invention is intended to provide an image sensor and an image acquisition method that minimize power consumption by allowing a pixel signal to be transmitted from a pixel to a memory cell only once during one frame period.

또한, 본 발명은 우수한 저전력 성능 지표를 달성할 수 있으며, 전력 효율을 극대화할 수 있는 이미지 센서 및 이미지 획득 방법을 제공하기 위한 것이다.Additionally, the present invention is intended to provide an image sensor and image acquisition method that can achieve excellent low-power performance indicators and maximize power efficiency.

또한, 본 발명은 낮은 전력 소모에도 불구하고 기존의 이미지 센서 및 이미지 획득 방법에 비하여 낮은 수준의 랜덤 노이즈를 달성할 수 있는 이미지 센서 및 이미지 획득 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is intended to provide an image sensor and image acquisition method that can achieve a lower level of random noise compared to existing image sensors and image acquisition methods despite low power consumption.

개시된 발명의 일 측면에 따른 이미지 센서는, 입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및 상기 복수의 픽셀에 대응되고, 상기 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성되는 복수의 메모리 셀을 포함하는 프레임 메모리;를 포함하고, 상기 픽셀 어레이는, 상기 복수의 픽셀에 각각 대응되게 마련되고, 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성되는 픽셀 플래그부; 및 상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 픽셀 회로;를 포함하고, 상기 픽셀 플래그부는: 상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 상기 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하고, 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송됨에 따라 상기 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성될 수 있다.An image sensor according to one aspect of the disclosed invention includes a pixel array including a plurality of pixels that output a pixel signal according to a pixel state that changes depending on the intensity of incident light; and a frame memory corresponding to the plurality of pixels and including a plurality of memory cells configured to store transmission time data of the pixel signal, wherein the pixel array is provided to respectively correspond to the plurality of pixels, , a pixel flag unit configured to set the token setting state of each pixel; and a pixel circuit configured to control the pixel flag unit according to the pixel state, wherein the pixel flag unit: sends a token signal corresponding to the pixel signal to each pixel according to the pixel state and the token setting state. The token setting state may be configured to change as the token signal is transmitted to the memory cell.

또한, 상기 픽셀 플래그부는: 정된 프레임 주기 동안 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송되면 상기 토큰 세팅 상태가 재설정되고, 상기 토큰 세팅 상태가 재설정됨에 따라 상기 프레임 주기의 종료 시점까지 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호를 재전송하지 않도록 구성될 수 있다.In addition, the pixel flag unit: when the token signal is transmitted to the memory cell during a predetermined frame period, the token setting state is reset, and as the token setting state is reset, it transmits the token signal to the memory cell until the end of the frame period. It can be configured not to retransmit.

또한, 상기 픽셀 회로는: 사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하도록 구성되는 광 다이오드; 상기 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력하도록 구성되는 비교기; 및 상기 픽셀 상태 신호에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 스위치부;를 포함할 수 있다.Additionally, the pixel circuit includes: a photodiode configured to output a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light; a comparator configured to compare the photo-sensing voltage with a reference voltage and output a pixel state signal indicating the pixel state; and a switch unit configured to control the pixel flag unit according to the pixel status signal.

또한, 상기 픽셀 플래그부는: 상기 스위치부에 연결되고, 전하 충전단에 상기 토큰 세팅 상태와 관련된 토큰 전하가 충전되는 토큰 커패시터를 포함할 수 있다.In addition, the pixel flag unit may include a token capacitor connected to the switch unit and charged with a token charge related to the token setting state in a charge charging terminal.

또한, 상기 스위치부는 상기 토큰 커패시터와, 상기 메모리 셀에 연결되는 컬럼 라인 사이에 연결되는 토큰 전송 트랜지스터;를 포함하고, 상기 픽셀 상태 신호는 상기 토큰 전송 트랜지스터의 게이트단에 입력될 수 있다.Additionally, the switch unit may include a token transfer transistor connected between the token capacitor and a column line connected to the memory cell, and the pixel state signal may be input to a gate terminal of the token transfer transistor.

또한, 상기 픽셀 플래그부는: 상기 픽셀 상태 신호에 의해 상기 토큰 전송 트랜지스터가 턴온된 상태에서 상기 토큰 전하를 방전시켜 상기 토큰 신호를 상기 컬럼 라인을 통해 상기 메모리 셀로 전송하도록 구성될 수 있다.Additionally, the pixel flag unit may be configured to discharge the token charge while the token transfer transistor is turned on by the pixel status signal and transmit the token signal to the memory cell through the column line.

또한, 상기 픽셀 회로는: 상기 토큰 커패시터의 상기 전하 충전단과 전원 공급단 사이에 연결되고, 상기 토큰 전송 트랜지스터와 상보적으로 작동하며, 상기 픽셀 상태 신호가 게이트단으로 입력되는 제1 픽셀 트랜지스터; 및 상기 제1 픽셀 트랜지스터의 게이트단과 접지 사이에 연결되고, 게이트단이 상기 전하 충전단 및 상기 제1 픽셀 트랜지스터의 드레인단 또는 소스단에 연결되는 제2 픽셀 트랜지스터;를 더 포함할 수 있다.In addition, the pixel circuit includes: a first pixel transistor connected between the charge charging terminal and the power supply terminal of the token capacitor, operating complementary to the token transfer transistor, and receiving the pixel state signal as input to a gate terminal; and a second pixel transistor connected between the gate terminal of the first pixel transistor and ground, and whose gate terminal is connected to the charge charging terminal and the drain terminal or source terminal of the first pixel transistor.

또한, 상기 컬럼 라인에 설치되어 상기 토큰 신호를 증폭하여 상기 메모리 셀로 출력하도록 구성되는 감지 증폭기; 및 상기 컬럼 라인과 접지 사이에 마련되고, 상기 스위치부와 상보적으로 온오프 작동되어 상기 컬럼 라인의 잔류 토큰 신호를 제거하도록 구성되는 토큰 제거 스위치부;를 더 포함할 수 있다.Additionally, a sense amplifier installed in the column line to amplify the token signal and output the token signal to the memory cell; and a token removal switch unit provided between the column line and ground and configured to be turned on and off complementary to the switch unit to remove a residual token signal of the column line.

또한, 상기 픽셀 플래그부는: 상기 토큰 세팅 상태를 저장하는 토큰 저장부; 상기 토큰 세팅 상태, 상기 픽셀 상태 및 픽셀 선택 신호를 입력 받아 AND 연산을 수행하여 토큰 전송 신호를 출력하도록 구성되는 AND 논리 게이트; 및 상기 토큰 저장부와 상기 메모리 셀 사이에 마련되고, 상기 토큰 전송 신호에 따라 상기 토큰 저장부로부터 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호를 전송하도록 구성되는 스위치부;를 포함할 수 있다.Additionally, the pixel flag unit includes: a token storage unit that stores the token setting state; an AND logic gate configured to receive the token setting state, the pixel state, and the pixel selection signal and perform an AND operation to output a token transmission signal; and a switch unit provided between the token storage unit and the memory cell and configured to transmit the token signal from the token storage unit to the memory cell according to the token transmission signal.

개시된 발명의 일 측면에 따른 상기 이미지 센서에 의해 이미지를 획득하는 방법은, 상기 픽셀 플래그부에 의해, 상기 이미지 센서의 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하는 단계; 픽셀 회로에 의해, 입사광의 세기에 의해 변화하는 상기 이미지 센서의 각 픽셀의 픽셀 상태를 감지하여 상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하는 단계; 상기 픽셀 플래그부에 의해, 상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하는 단계; 및 상기 픽셀 플래그부에 의해, 상기 토큰 신호를 상기 메모리 셀로 전송함에 따라 상기 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 재설정하는 단계;를 포함할 수 있다.A method of acquiring an image by the image sensor according to one aspect of the disclosed invention includes setting a token setting state of each pixel of the image sensor by the pixel flag unit; detecting, by a pixel circuit, a pixel state of each pixel of the image sensor that changes depending on the intensity of incident light, and controlling the pixel flag unit according to the pixel state; transmitting, by the pixel flag unit, a token signal corresponding to a pixel signal to a memory cell corresponding to each pixel according to the pixel state and the token setting state; and resetting the token setting state of each pixel by transmitting the token signal to the memory cell by the pixel flag unit.

또한, 설정된 프레임 주기 동안 상기 토큰 세팅 상태가 재설정된 후, 상기 프레임 주기의 종료 시점까지 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호가 재전송되는 것을 차단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, after the token setting state is reset during a set frame period, blocking retransmission of the token signal to the memory cell until the end of the frame period may be further included.

또한, 상기 픽셀 플래그부를 제어하는 단계는: 광 다이오드에 의해, 입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하는 단계; 비교기에 의해, 상기 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력하는 단계; 및 스위치부에 의해, 상기 픽셀 상태 신호에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step of controlling the pixel flag unit includes: outputting a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light by a photo diode; Comparing the photo-sensing voltage with a reference voltage using a comparator to output a pixel state signal indicating the pixel state; and controlling the pixel flag unit according to the pixel state signal by a switch unit.

또한, 상기 토큰 세팅 상태를 설정하는 단계는: 스위치부에 연결되는 토큰 커패시터의 전하 충전단에 토큰 전하를 충전하는 단계;를 포함할 수 있다.Additionally, the step of setting the token setting state may include: charging a token charge to the charge terminal of a token capacitor connected to the switch unit.

또한, 감지 증폭기에 의해, 컬럼 라인으로 전송되는 상기 토큰 신호를 증폭하여 상기 메모리 셀로 출력하는 단계; 및 상기 스위치부와 상보적으로 온오프 작동되는 토큰 제거 스위치부에 의해, 상기 컬럼 라인의 잔류 토큰 신호를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Additionally, amplifying the token signal transmitted to the column line by a sense amplifier and outputting the token signal to the memory cell; and removing the residual token signal of the column line by a token removal switch unit that is turned on and off complementary to the switch unit.

또한, AND 논리 게이트에 의해, 상기 픽셀 플래그부의 토큰 저장부에 저장된 상기 토큰 세팅 상태, 상기 픽셀 상태 및 픽셀 선택 신호를 AND 연산하여 토큰 전송 신호를 출력하는 단계; 및 스위치부에 의해, 상기 토큰 전송 신호에 따라 상기 토큰 저장부로부터 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호를 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, performing an AND operation on the token setting state, the pixel state, and the pixel selection signal stored in the token storage portion of the pixel flag unit by an AND logic gate to output a token transmission signal; and transmitting, by a switch unit, the token signal from the token storage unit to the memory cell according to the token transmission signal.

개시된 발명의 일 측면에 따르면, 각 픽셀에서 프레임 메모리로 전송되는 데이터의 양을 한 프레임에 1비트 수준으로 최소화하여 기존의 이미지 센서 및 이미지 획득 방법보다 전력의 소모를 줄일 수 있다.According to one aspect of the disclosed invention, the amount of data transmitted from each pixel to the frame memory can be minimized to 1 bit per frame, thereby reducing power consumption compared to existing image sensors and image acquisition methods.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 한 프레임 주기 동안 픽셀에서 메모리 셀로 픽셀 신호가 단 한번만 전송되도록 하여 전력 소모를 최소화할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, power consumption can be minimized by transmitting a pixel signal from a pixel to a memory cell only once during one frame period.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 우수한 저전력 성능 지표를 달성할 수 있으며, 이미지 센서에 의한 이미지 획득 시의 전력 효율을 극대화할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, excellent low-power performance indicators can be achieved and power efficiency when acquiring images by an image sensor can be maximized.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 낮은 전력 소모에도 불구하고 기존의 이미지 센서 및 이미지 획득 방법에 비하여 낮은 수준의 랜덤 노이즈를 달성할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, despite low power consumption, a lower level of random noise can be achieved compared to existing image sensors and image acquisition methods.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 또다른 구성도이다.
도 3은 일 실시예에서 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 메모리 셀에 저장하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광 다이오드를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 각 픽셀에서 일정한 전압이 변화할 때까지의 시점을 픽셀 신호로 획득하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 픽셀 회로를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 한 프레임 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 첫번째 스캔 사이클 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 두번째 스캔 사이클 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 세번째 스캔 사이클 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 스위치부, 토큰 커패시터 및 감지 증폭기의 연결 관계를 나타낸 회로를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 트랜지스터들의 연결 관계를 나타낸 회로를 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 일 실시예에 따른 회로의 동작을 설명하기 위한 또다른 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 AND 논리 게이트를 포함하는 회로를 도시한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법의 순서도이다.
도 17은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 성능을 나타내는 그래프 및 표이다.
도 18은 일 실시예에 따른 이미지 센서가 종래의 센서보다 개선된 정도를 나타내는 표이다.
1 is a configuration diagram of an image sensor according to an embodiment.
Figure 2 is another configuration diagram of an image sensor according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a process for storing transmission time data of a pixel signal in a memory cell in one embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a photodiode according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating obtaining a pixel signal as a point in time until a constant voltage changes in each pixel, according to an embodiment.
Figure 6 is a diagram illustrating a pixel circuit according to one embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing how pixels and memory cells are sequentially connected during one frame period, according to one embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating how pixels and memory cells are sequentially connected during a first scan cycle period, according to one embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing that pixels and memory cells are sequentially connected during a second scan cycle period, according to one embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing that pixels and memory cells are sequentially connected during a third scan cycle period, according to one embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit showing the connection relationship between a switch unit, a token capacitor, and a sense amplifier according to an embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a circuit showing the connection relationship between transistors according to an embodiment.
Figure 13 is a diagram for explaining the operation of a circuit according to one embodiment.
Figure 14 is another diagram for explaining the operation of a circuit according to an embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a circuit including an AND logic gate according to an embodiment.
Figure 16 is a flowchart of an image acquisition method according to one embodiment.
Figure 17 is a graph and table showing the performance of an image sensor according to an embodiment.
Figure 18 is a table showing the degree to which an image sensor according to an embodiment is improved over a conventional sensor.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '~부'가 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '~부'가 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. This specification does not describe all elements of the embodiments, and general content or overlapping content between the embodiments in the technical field to which the disclosed invention pertains is omitted. The term '~unit' used in the specification may be implemented as software or hardware, and depending on the embodiments, multiple '~units' may be implemented as one component, or one '~unit' may be implemented as a plurality of components. It is also possible to include elements.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 전기적으로 연결된 경우를 포함하며, 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes cases where it is electrically connected, and includes cases where it is connected not only directly, but also indirectly.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.Terms such as first and second are used to distinguish one component from another component, and the components are not limited by the above-mentioned terms.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly makes an exception.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.The identification code for each step is used for convenience of explanation. The identification code does not explain the order of each step, and each step may be performed differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. there is.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, the operating principle and embodiments of the disclosed invention will be described with reference to the attached drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 구성도이며, 도 2는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 또다른 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of an image sensor according to an embodiment, and FIG. 2 is another configuration diagram of an image sensor according to an embodiment.

도 1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(1)는, 다수의 픽셀(110)이 배열된 픽셀 어레이(100), 다수의 메모리 셀(210)이 배열된 프레임 메모리(200), 컬럼 라인(Column line)(300)를 포함할 수 있다.1 and 2, the image sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a pixel array 100 in which a plurality of pixels 110 are arranged, and a frame memory in which a plurality of memory cells 210 are arranged. (200), and may include a column line (300).

이미지 센서(1)는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 및 CMOS 이미지 센서(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Image Sensor; CIS)로 구분될 수 있다. 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)는 CMOS 이미지 센서일 수 있으나, 본 발명의 이미지 센서(1)는 이에 한정되는 것은 아니다.The image sensor 1 can be divided into a charge coupled device (CCD) and a CMOS image sensor (Complementary Metal-Oxide Semiconductor Image Sensor; CIS). The image sensor 1 according to one embodiment may be a CMOS image sensor, but the image sensor 1 of the present invention is not limited thereto.

CMOS 이미지 센서는 다양한 인식용 기기에 이용될 수 있다. 인식용 기기에서는 always-on monitoring 동작이 요구되는 것이 일반적이므로, 배터리 소모 정도가 성능의 기준이 되며, 센서의 저전력 동작이 필수적으로 요구된다. 일반적으로, 이미지 센서에서 획득된 많은 양의 데이터를 고속으로 프레임 메모리(frame memory)(200)로 전송하기 위해 큰 전력이 소모된다. 이 전력 소모는 전송되는 데이터양에 비례하며, 이는 각 픽셀(110) 당 전송되는 비트(bit) 수와 픽셀 수에 의해 결정된다. 따라서 픽셀(110) 당 전송되는 비트 수를 줄일 수 있다면 소모되는 전력 또한 줄일 수 있다.CMOS image sensors can be used in various recognition devices. Since always-on monitoring operation is generally required in recognition devices, battery consumption becomes the standard for performance, and low-power operation of the sensor is essential. Generally, a large amount of power is consumed to transmit a large amount of data acquired from an image sensor to a frame memory 200 at high speed. This power consumption is proportional to the amount of data transmitted, which is determined by the number of bits and pixels transmitted per pixel 110. Therefore, if the number of bits transmitted per pixel 110 can be reduced, power consumption can also be reduced.

픽셀 어레이(100)는 복수의 픽셀(110)을 포함할 수 있다. 즉, 픽셀 어레이(100)는 일정한 규칙을 가지고 행렬 등의 형태로 배열된 복수의 픽셀(110)을 포함할 수 있다.The pixel array 100 may include a plurality of pixels 110. That is, the pixel array 100 may include a plurality of pixels 110 arranged in a matrix or the like according to certain rules.

복수의 픽셀(110) 각각은 입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력할 수 있다.Each of the plurality of pixels 110 may output a pixel signal according to a pixel state that changes depending on the intensity of incident light.

픽셀 상태는 각 픽셀(110)이 입사광을 수신하고 시간이 흐름에 따라 달라지는 픽셀(110)의 상태일 수 있다. 실시예에서, 픽셀 상태는 입사광을 전기신호로 변환하여 출력하는 각 픽셀(110)의 광 다이오드의 출력 전압 또는 출력 전류에 의해 변화될 수 있다. 픽셀 신호는 픽셀 상태가 시간의 흐름에 따라 달라지다가 어느 조건을 만족하면 출력되는 신호일 수 있다.The pixel state may be a state of each pixel 110 that changes over time when each pixel 110 receives incident light. In an embodiment, the pixel state may be changed by the output voltage or output current of the photodiode of each pixel 110, which converts incident light into an electrical signal and outputs it. A pixel signal may be a signal whose pixel state changes over time and is output when certain conditions are met.

프레임 메모리(200)는 복수의 메모리 셀(210)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 셀(210) 각각은 복수의 픽셀(110)에 대응되고, 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다. 이때, 메모리 셀(210)은 대응되는 픽셀(110)과 컬럼 라인(300)으로 연결될 수 있다.The frame memory 200 may include a plurality of memory cells 210. Each of the plurality of memory cells 210 corresponds to a plurality of pixels 110 and may be configured to store transmission time data of the pixel signal. At this time, the memory cell 210 may be connected to the corresponding pixel 110 through a column line 300.

실시예에서, 복수의 픽셀(110)과 복수의 메모리 셀(210)은 일대일 대응되게 연결될 수 있으나, 복수의 픽셀(110) 중의 둘 이상의 픽셀이 하나의 메모리 셀(210)에 대응되게 연결되거나, 복수의 픽셀(110) 중의 일부 픽셀이 복수개의 메모리 셀(210)에 대응되게 연결될 수도 있다.In an embodiment, the plurality of pixels 110 and the plurality of memory cells 210 may be connected in a one-to-one correspondence, but two or more pixels among the plurality of pixels 110 may be connected to one memory cell 210, or Some pixels among the plurality of pixels 110 may be connected to the plurality of memory cells 210.

픽셀 어레이(100)의 각 픽셀(110)은 픽셀 플래그부(130) 및 픽셀 회로(120)를 포함할 수 있다.Each pixel 110 of the pixel array 100 may include a pixel flag unit 130 and a pixel circuit 120.

픽셀 플래그부(130)는 복수의 픽셀(110)에 각각 대응되게 마련되고, 대응되는 각 픽셀(110)의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성될 수 있다. 이때, 픽셀 플래그부(130)는 대응되는 픽셀(110)의 한 구성으로서 포함될 수 있으나, 반드시 해당 픽셀(110)에 포함되어야 하는 것은 아니다.The pixel flag unit 130 is provided to correspond to each of the plurality of pixels 110, and may be configured to set the token setting state of each corresponding pixel 110. At this time, the pixel flag unit 130 may be included as a component of the corresponding pixel 110, but is not necessarily included in the corresponding pixel 110.

토큰(token)은 픽셀(110) 별로 마련되는 개념일 수 있다. 구체적으로, 각 픽셀(110)의 토큰은 한 번의 프레임 주기에서 해당 픽셀(110)에 입사광이 입력되면 해당 프레임 주기 동안 단 한 번만 해당 픽셀(110)에 대응되는 메모리 셀(210)로 신호를 보내기 위한 개념일 수 있다. 토큰 세팅 상태는 각 픽셀(110) 별로 전술한 토큰이 세팅 되어 있는지 여부를 나타내는 정보일 수 있다.A token may be a concept provided for each pixel 110. Specifically, the token of each pixel 110 sends a signal to the memory cell 210 corresponding to the pixel 110 only once during the frame cycle when incident light is input to the corresponding pixel 110 in one frame cycle. It could be a concept for The token setting state may be information indicating whether the aforementioned token is set for each pixel 110.

픽셀 플래그부(130)는 픽셀 상태 및 토큰 세팅 상태에 따라 토큰 신호를 각 픽셀(110)에 대응되는 메모리 셀(210)로 전송할 수 있다.The pixel flag unit 130 may transmit a token signal to the memory cell 210 corresponding to each pixel 110 according to the pixel state and token setting state.

토큰 신호는 픽셀 신호에 해당하는 신호로서 입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀(110)의 상태가 조건을 만족했을 때의 시점이 언제인지 알 수 있도록 전달되는 신호일 수 있다.The token signal is a signal corresponding to a pixel signal and may be a signal transmitted to indicate when the state of the pixel 110, which changes depending on the intensity of incident light, satisfies a condition.

즉, 픽셀(110)에서 메모리 셀(210)로 토큰 신호가 전송되면, 메모리 셀(210)에서는 타이머(Timer)에 의하여 해당 토큰 신호가 전송된 시점을 판단할 수 있으며, 이러한 전송 시점에 기초하여 메모리 셀(210)에서는 해당 픽셀(110)에 입사된 빛의 세기를 판단할 수 있다.That is, when a token signal is transmitted from the pixel 110 to the memory cell 210, the memory cell 210 can determine when the token signal was transmitted by a timer, and based on this transmission time The memory cell 210 can determine the intensity of light incident on the corresponding pixel 110.

이처럼 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)는 각 메모리 셀(210)마다 대응되는 픽셀(110)이 있으며, 각 픽셀(110)은 수신한 광의 세기 정보를 메모리 셀(210)에 전달할 때, 전압의 크기에 대한 정보를 전달하는 것이 아니라 단순한 1비트의 신호를 전송할 수 있다. 메모리 셀(210)은 이러한 1비트의 신호가 수신된 시점에 기초하여 해당 픽셀(110)에 입사한 빛의 세기를 판단할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 픽셀(110)은 광의 세기에 대한 정보를 1비트에 불과한 신호로 메모리셀에 전달할 수 있으므로, 픽셀(110)별로 소모하는 전력의 크기를 감소시킬 수 있다.As such, the image sensor 1 according to one embodiment has a pixel 110 corresponding to each memory cell 210, and each pixel 110 generates a voltage when transmitting the received light intensity information to the memory cell 210. Rather than transmitting information about the size, a simple 1-bit signal can be transmitted. The memory cell 210 can determine the intensity of light incident on the corresponding pixel 110 based on the time when this 1-bit signal is received. As a result, the pixel 110 of the present invention can transmit information about the intensity of light to the memory cell as a signal of only 1 bit, and thus the amount of power consumed by each pixel 110 can be reduced.

한편, 픽셀(110)에 입사광이 한번 입사되었다고 해서, 이미지를 획득하는 한 프레임 주기 동안 내내 토큰 신호를 반복해서 메모리 셀(210)에 전달하는 것은 불필요한 에너지 소비를 발생시킬 수 있다.Meanwhile, even if incident light is incident on the pixel 110 once, repeatedly transmitting the token signal to the memory cell 210 throughout one frame period of acquiring an image may result in unnecessary energy consumption.

구체적으로, 본 발명에서 하나의 프레임 주기는 복수개의 스캔 사이클 주기로 구성된다. 하나의 프레임 동안 이미지를 획득하는 방법은 스캔 사이클을 반복하면서, 복수개의 픽셀(110) 중에서 상태가 변한 픽셀(110)이 있다면 해당 픽셀(110)의 상태가 변한 시점이 언제인지를 판단하고, 그 시점에 기초하여 해당 프레임에서 해당 픽셀(110)이 수신한 빛의 세기를 판단하는 것이다. 따라서 한번 토큰 신호를 메모리 셀(210)에 전달했다면 이미 해당 프레임에서 해당 픽셀(110)이 수신한 빛의 세기는 알 수 있게 되고, 더 이상 특정 신호를 메모리 셀(210)에 전달하는 것은 불필요할 수 있다. 즉, 어느 한 스캔 사이클 주기 동안 토큰 신호가 메모리 셀(210)로 전달되었다면, 해당 프레임 주기가 끝나기 전까지는 다음 스캔 사이클 주기들에서는 토큰 신호를 메모리 셀(210)로 전달하지 않는 것이 에너지 절약 측면에서 바람직하다.Specifically, in the present invention, one frame period consists of a plurality of scan cycle periods. A method of acquiring an image during one frame repeats the scan cycle, determines when the state of the pixel 110 changed if there is a pixel 110 among the plurality of pixels 110, and determines when the state of the pixel 110 changed. Based on the viewpoint, the intensity of light received by the corresponding pixel 110 in the corresponding frame is determined. Therefore, once the token signal has been transmitted to the memory cell 210, the intensity of light received by the corresponding pixel 110 in the corresponding frame can already be known, and it is no longer necessary to transmit a specific signal to the memory cell 210. You can. That is, if the token signal is transmitted to the memory cell 210 during one scan cycle period, in terms of energy saving, the token signal is not transmitted to the memory cell 210 in the next scan cycle cycles until the end of the frame cycle. desirable.

픽셀 플래그부(130)는 토큰 신호가 메모리 셀(210)로 전송됨에 따라 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성될 수 있다.The pixel flag unit 130 may be configured to change the token setting state as the token signal is transmitted to the memory cell 210.

픽셀 회로(120)는 픽셀 상태에 따라 픽셀 플래그부(130)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이때, 픽셀 회로(120)는 대응되는 픽셀(110)의 한 구성으로서 포함될 수 있으나, 반드시 해당 픽셀(110)에 포함되어야 하는 것은 아니다.The pixel circuit 120 may be configured to control the pixel flag unit 130 according to the pixel state. At this time, the pixel circuit 120 may be included as a component of the corresponding pixel 110, but is not necessarily included in the corresponding pixel 110.

도 3은 일 실시예에서 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 메모리 셀에 저장하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a process for storing transmission time data of a pixel signal in a memory cell in one embodiment.

도 3을 참조하면, 픽셀 플래그부(130)는 설정된 프레임 주기 동안 토큰 신호가 메모리 셀(210)로 전송되면 토큰 세팅 상태가 재설정되고, 토큰 세팅 상태가 재설정됨에 따라 프레임 주기의 종료 시점까지 메모리 셀(210)로 토큰 신호를 재전송하지 않도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, when a token signal is transmitted to the memory cell 210 during a set frame period, the pixel flag unit 130 resets the token setting state, and as the token setting state is reset, the memory cell 130 is reset until the end of the frame period. It may be configured not to retransmit the token signal to 210.

즉, 픽셀 플래그부(130)는 어느 프레임 주기에서 토큰 신호가 이미 전송이 되었다면, 해당 프레임 주기 동안에는 다시 토큰 신호를 전송하지 않도록 토큰 세팅 상태를 변화시킬 수 있다. 즉, 이때는 이미 세팅 되어 있던 토큰이 메모리 셀(210)로 전달되었다고 판단하고 더 이상 전달할 토큰이 없는 상태라고 할 수 있다.That is, if the token signal has already been transmitted in a certain frame period, the pixel flag unit 130 can change the token setting state so that the token signal is not transmitted again during that frame period. In other words, at this time, it is determined that the token that has already been set has been delivered to the memory cell 210, and it can be said that there are no more tokens to be delivered.

한편, 어느 프레임 주기에서 픽셀(110)에 입사광이 전혀 입력되지 않았다면 해당 프레임 주기 동안 해당 픽셀(110)에 대응되는 메모리 셀(210)로 신호를 보내지 않을 수도 있다. 이때는 해당 프레임 주기동안 계속 토큰이 세팅 되어 있는 상태일 수 있다.Meanwhile, if no incident light is input to the pixel 110 in a frame period, a signal may not be sent to the memory cell 210 corresponding to the pixel 110 during the frame period. In this case, the token may continue to be set during the frame period.

도 3에서, 각 픽셀의 상태는 인버전(inversion)되기 전 상태(BT; before threshold)와 인버전 된 후 상태(AT; after threshold)로 나뉠 수 있다.In Figure 3, the state of each pixel can be divided into a state before inversion (BT; before threshold) and a state after inversion (AT; after threshold).

예를 들어, 픽셀의 상태(sm)는 임의의 시점 tm에서 인버전될 수 있다. 시점 tm은 반복되는 스캔 사이클(scan cycle)에 의해 감지될 수 있다.For example, the state (sm) of a pixel may be inverted at any time tm. The time point tm can be detected by a repeated scan cycle.

어느 한 스캔 사이클 주기 동안 픽셀(110)이 인버전 되기 전 상태(BT)에 있으면 메모리 셀(210)에는 아무 일도 발생되지 않을 수 있다. 이러한 상황은 n번째 스캔 사이클(Cycle n)까지 유지될 수 있다. n번째 스캔 사이클에서 픽셀의 상태(sm)는 인버전 된 후 상태(AT)로 바뀌게 되고, 메모리 셀(210)은 해당 스캔 사이클 주기에서 해당 픽셀(110)이 선택되었을 때 타이머(timer) 값을 래치(latch)하여 데이터를 기록할 수 있다.If the pixel 110 is in the pre-inversion state (BT) during one scan cycle period, nothing may occur in the memory cell 210. This situation may be maintained until the nth scan cycle (Cycle n). In the nth scan cycle, the state (sm) of the pixel is inverted and changed to the state (AT), and the memory cell 210 sets a timer value when the corresponding pixel 110 is selected in the scan cycle cycle. Data can be recorded by latching.

여기서, n번째 스캔 사이클(Cycle n) 이후의 스캔 사이클(scan cycle)에서 sm이 AT로 유지되는 동안 메모리 셀(memory cell)에서는 다시 래치가 일어나지 않아야 한다. 그러므로 한번 메모리 셀을 래치시킨 픽셀은 해당 프레임 주기 동안 다시는 메모리 셀로 신호를 보내지 않아야 한다.Here, while sm is maintained at AT in the scan cycle after the nth scan cycle (Cycle n), latch should not occur again in the memory cell. Therefore, once a pixel has latched a memory cell, it must not send a signal to the memory cell again during that frame period.

각 메모리 셀(210)은 한 프레임 주기에서 픽셀의 상태(sm)가 변화할 때에만 타이머 값을 래치(latch)하는 것이 바람직하다. 새로운 프레임 주기가 시작할 때, 즉 리셋 단계(Reset phase)에서 픽셀(110)은 픽셀의 상태(sm)을 인버전 되기 전 상태(BT)로 리셋하고 픽셀 플래그부(130)에 토큰을 세팅할 수 있다.It is desirable for each memory cell 210 to latch the timer value only when the state (sm) of the pixel changes in one frame period. When a new frame cycle starts, that is, in the reset phase, the pixel 110 can reset the pixel state (sm) to the state before inversion (BT) and set a token in the pixel flag unit 130. there is.

픽셀의 상태가 인버전 되기 전 상태(BT)인 동안 토큰은 세팅된 상태로 유지되며, n번째 스캔 사이클(Cycle n)에서 픽셀의 상태(sm)가 인버전 된 후 상태(AT)로 바뀌게 되면 토큰(tkn)이 전송되어 메모리 셀(210)을 타이머 값으로 래치(latch)할 수 있다.The token remains set while the pixel's state is in the before-inversion state (BT), and when the pixel's state (sm) changes to the after-inversion state (AT) in the nth scan cycle (Cycle n), the token remains set. A token (tkn) may be transmitted to latch the memory cell 210 with a timer value.

이 다음 스캔 사이클에서는 토큰(tkn)이 이미 사용되었기 때문에 다음 프레임 주기가 시작되어 픽셀의 상태(sm)가 리셋되기 전까지는 메모리 셀(210)이 다시는 래치(latch)되지 않을 수 있다.In this next scan cycle, because the token (tkn) has already been used, the memory cell 210 may not be latched again until the next frame cycle begins and the state (sm) of the pixel is reset.

결론적으로, 한 프레임 주기 동안 특정 픽셀(110)에 입사된 광이 있다면, 해당 픽셀(110)은 1비트 정도에 해당하는 적은 신호를 해당 프레임에서 단 한번만 메모리 셀(210)에 전달할 수 있으며, 반복적으로 신호를 전달하는 것보다 에너지를 절약할 수 있는 효과가 발생할 수 있다.In conclusion, if there is light incident on a specific pixel 110 during one frame period, the pixel 110 can transmit a small signal corresponding to 1 bit to the memory cell 210 only once in that frame, and the This can have the effect of saving energy rather than transmitting signals through .

픽셀 회로(120), 픽셀 플래그부(130) 및 메모리 셀(210)은 이미지 센서(1)에 포함된 복수개의 프로세서 중 어느 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 지금까지 설명된 본 발명의 실시예 및 앞으로 설명할 실시예에 따른 이미지 획득 방법은, 프로세서에 의해 구동될 수 있는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.The pixel circuit 120, the pixel flag unit 130, and the memory cell 210 may include one processor among a plurality of processors included in the image sensor 1. Additionally, the image acquisition method according to the embodiments of the present invention described so far and the embodiments to be described in the future may be implemented in the form of a program that can be driven by a processor.

여기서 프로그램은, 프로그램 명령, 데이터 파일 및 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 프로그램은 기계어 코드나 고급 언어 코드를 이용하여 설계 및 제작된 것일 수 있다. 프로그램은 상술한 부호 수정을 위한 방법을 구현하기 위하여 특별히 설계된 것일 수도 있고, 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 기술자에게 기 공지되어 사용 가능한 각종 함수나 정의를 이용하여 구현된 것일 수도 있다. 전술한 정보 표시 방법을 구현하기 위한 프로그램은, 프로세서에 의해 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다.Here, the program may include program instructions, data files, and data structures, etc., singly or in combination. Programs may be designed and produced using machine code or high-level language code. The program may be specially designed to implement the above-described method for modifying the code, or may be implemented using various functions or definitions known and available to those skilled in the art in the field of computer software. A program for implementing the above-described information display method may be recorded on a recording medium readable by a processor.

메모리는 전술한 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램을 저장할 수 있으며, 메모리는 저장된 프로그램을 실행시킬 수 있다. 프로세서와 메모리가 복수인 경우에, 이들이 하나의 칩에 집적되는 것도 가능하고, 물리적으로 분리된 위치에 마련되는 것도 가능하다. 메모리는 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 S램(Static Random Access Memory, S-RAM), D랩(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리는 제어 프로그램 및 제어 데이터를 장기간 저장하기 위한 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.The memory can store programs that perform the operations described above and the operations described later, and the memory can execute the stored programs. In the case where there are multiple processors and memories, it is possible for them to be integrated into one chip or to be provided in physically separate locations. The memory may include volatile memory such as SRAM (Static Random Access Memory, S-RAM) and D-Lab (Dynamic Random Access Memory) for temporarily storing data. In addition, memory is non-volatile memory such as Read Only Memory (ROM), Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM), and Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) for long-term storage of control programs and control data. may include.

프로세서는 각종 논리 회로와 연산 회로를 포함할 수 있으며, 메모리로부터 제공된 프로그램에 따라 데이터를 처리하고, 처리 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.The processor may include various logic circuits and operation circuits, process data according to a program provided from memory, and generate control signals according to the processing results.

도 4는 일 실시예에 따른 광 다이오드를 도시한 도면이며, 도 5는 일 실시예에 따라 각 픽셀(110)에서 일정한 전압이 변화할 때까지의 시점을 픽셀 신호로 획득하는 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a photodiode according to an embodiment, and FIG. 5 is a diagram illustrating obtaining a pixel signal until a certain voltage changes in each pixel 110 according to an embodiment. am.

픽셀 회로(120)는 입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하도록 구성되는 광 다이오드(121)를 포함할 수 있다.The pixel circuit 120 may include a photodiode 121 configured to output a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light.

도 4 및 도 5를 참조하면, 픽셀(110)의 광 다이오드(PD: photodiode)(121)는 입사된 빛을 광 전류(photocurrent)로 전환하고, 이는 광 다이오드(121)의 정션 커패시터(junction capacitor)의 전압 강하로 나타날 수 있다. 여기서 빛의 세기 정보는 시간대비 전압 변화량, 즉 전압 변화의 기울기로써 표현될 수 있다.4 and 5, the photodiode (PD: photodiode) 121 of the pixel 110 converts the incident light into photocurrent, which is connected to the junction capacitor of the photodiode 121. ) can appear as a voltage drop. Here, light intensity information can be expressed as the amount of voltage change versus time, that is, the slope of the voltage change.

이 기울기를 측정하기 위하여, 기존의 이미징 시스템은 측정 시간을 고정하고 그 시간 동안 변화된 전압 크기를 측정했다. 이러한 전압 변화에 기반한 방법은 광 다이오드(121)를 빛에 노출한 뒤, 일정 시간 후 픽셀 선택 신호에 의하여 컬럼 라인(column line)(300)으로 신호를 출력한다.To measure this slope, conventional imaging systems fix the measurement time and measure the voltage change during that time. This method based on voltage change exposes the photodiode 121 to light and outputs a signal to the column line 300 by a pixel selection signal after a certain period of time.

한편, 광 다이오드(121)의 전압 변화 기울기를 알기 위해 전압 변화량을 고정하고 그 변화량까지 걸리는 시간을 측정할 수도 있다.Meanwhile, in order to know the slope of the voltage change of the photodiode 121, the amount of voltage change can be fixed and the time taken to reach the change amount can be measured.

전압의 변화를 읽는 기존의 방법은 각 픽셀(110) 별로 전압을 획득하고 이를 N-bit의 디지털 신호로 획득하지만, 시간을 측정하는 방법은 각 픽셀(110)에서 정션 커패시터의 전압이 일정한 전압(VTH)으로 변화할 때까지의 시점을 1-bit의 디지털 신호로 획득할 수 있다.The existing method of reading the change in voltage acquires the voltage for each pixel 110 and obtains it as an N-bit digital signal, but the method of measuring time is to obtain the voltage of the junction capacitor at each pixel 110 at a constant voltage ( The time until it changes to VTH) can be obtained as a 1-bit digital signal.

일 실시예에 따른 픽셀 플래그부(130)는 전술한 각 픽셀(110)에서 일정한 전압이 변화할 때까지의 시점의 정보를 메모리셀에 전달할 수 있다. 결과적으로, 한 프레임에서, 정션 커패시터의 전압이 일정한 전압(VTH)이 된 시점에 1 비트의 신호를 메모리 셀(210)에 전달함으로써, 해당 픽셀(110)에 입사된 빛의 세기 정보를 메모리 셀(210)에 전달할 수 있다.The pixel flag unit 130 according to one embodiment may transmit information of the time until a certain voltage changes in each pixel 110 described above to the memory cell. As a result, in one frame, when the voltage of the junction capacitor becomes a constant voltage (VTH), a 1-bit signal is transmitted to the memory cell 210, thereby transmitting the intensity information of light incident to the corresponding pixel 110 to the memory cell. It can be delivered to (210).

도 6은 일 실시예에 따른 픽셀 회로를 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram illustrating a pixel circuit according to one embodiment.

일정한 전압의 변화에 걸리는 시간을 측정하기 위해 타임 모듈레이션(time modulation)을 수행하고 타이머를 통해 출력의 반전 시점을 알아냄으로써 빛의 세기를 알 수 있다.The intensity of light can be determined by performing time modulation to measure the time it takes to change a certain voltage and finding the point of inversion of the output through a timer.

도 6의 (a)를 참조하면, 픽셀 회로(120)는 다이오드, 비교기(122)를 포함할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 6, the pixel circuit 120 may include a diode and a comparator 122.

비교기(122)는 광감지 전압(VPD)을 기준 전압(VTH)과 비교하여 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력할 수 있다.The comparator 122 may compare the photo-sensing voltage (VPD) with the reference voltage (VTH) and output a pixel state signal indicating the pixel state.

도 6의 (b)를 참조하면, 광 감지 전압(VPD)은 일정한 전압 변화량으로 크기가 감소하며, 광감지 전압(VPD)이 일정한 기준 전압이 기준 전압(VTH)과 같은 값이 되면 픽셀(110)의 출력이 반전될 수 있다. 리셋 시점부터 픽셀 출력이 반전될 때까지 걸린 시간(Tp)을 측정하면 해당 프레임에서 해당 픽셀(110)이 수신한 빛의 세기를 측정할 수 있다. 이때, Pulse Width Modulation(PWM), Pulse Frequency Modulation(PFM) 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.Referring to (b) of FIG. 6, the photo-sensing voltage (VPD) decreases in size with a constant voltage change, and when the reference voltage with a constant photo-sensing voltage (VPD) becomes the same value as the reference voltage (VTH), the pixel (110) ) can be inverted. By measuring the time (T p ) from the point of reset until the pixel output is inverted, the intensity of light received by the corresponding pixel 110 in the corresponding frame can be measured. At this time, various methods such as Pulse Width Modulation (PWM) and Pulse Frequency Modulation (PFM) can be used.

도 7은 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 한 프레임 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing how pixels and memory cells are sequentially connected during one frame period, according to one embodiment.

도 7을 참조하면 한 프레임 주기는 복수개의 스캔 사이클 주기로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7, one frame period may consist of a plurality of scan cycle periods.

픽셀 어레이(100)에서 m번째 행(row)에 배열된 픽셀(110)들의 상태(sm)는 임의의 시점 tm에서 인버전될 수 있다. 시점 tm은 반복되는 스캔 사이클(scan cycle)에 의해 감지될 수 있다.The state sm of the pixels 110 arranged in the mth row in the pixel array 100 may be inverted at any time tm. The time point tm can be detected by a repeated scan cycle.

즉, 각 스캔 사이클의 주기에서 픽셀(110)과 메모리 셀(210)은 순차적으로 첫번째 행부터 마지막 행까지 선택될 수 있으며, m번째 행(row)에 배열된 픽셀(110) 또한 한 스캔 사이클 주기 동안 한번 선택될 수 있다.That is, in the cycle of each scan cycle, the pixel 110 and the memory cell 210 can be selected sequentially from the first row to the last row, and the pixel 110 arranged in the mth row can also be selected in one scan cycle cycle. It can be selected once during a period.

첫번째 스캔 사이클 주기 동안 m번째 행의 픽셀(110)이 인버전 되기 전 상태(BT)에 있으면 메모리 셀(210)에는 아무 일도 발생되지 않을 수 있다. 이러한 상황은 n번째 스캔 사이클(Cycle n)까지 유지될 수 있다. n번째 스캔 사이클에서 픽셀의 상태(sm)는 인버전 된 후 상태(AT)로 바뀌게 되고, 메모리 셀(210)은 해당 스캔 사이클 주기에서 m번째 행의 픽셀(110)들이 선택되었을 때 타이머(timer) 값을 래치(latch)하여 데이터를 기록할 수 있다.If the pixel 110 in the mth row is in the pre-inversion state (BT) during the first scan cycle period, nothing may occur in the memory cell 210. This situation may be maintained until the nth scan cycle (Cycle n). In the nth scan cycle, the state (sm) of the pixel is inverted and then changed to the state (AT), and the memory cell 210 starts a timer (timer) when the pixels 110 in the mth row are selected in the scan cycle cycle. ) You can record data by latching the value.

도 8은 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 첫번째 스캔 사이클 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이고, 도 9는 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 두번째 스캔 사이클 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이며, 도 10은 일 실시예에 따른 픽셀과 메모리 셀이 세번째 스캔 사이클 주기 동안 순차적으로 연결되는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing that pixels and memory cells are sequentially connected during a first scan cycle period according to an embodiment, and FIG. 9 is a diagram showing pixels and memory cells are sequentially connected during a second scan cycle period according to an embodiment. 10 is a diagram showing that pixels and memory cells are sequentially connected during the third scan cycle period according to one embodiment.

도 8을 참조하면, 어느 한 프레임 주기의 첫번째 스캔 사이클 주기 동안 픽셀(110)과 메모리 셀(210)은 동기화되어 한 번씩 순차적으로 선택될 수 있다.Referring to FIG. 8, during the first scan cycle period of one frame period, the pixel 110 and the memory cell 210 may be synchronized and sequentially selected once.

한 스캔 사이클이 지나면 모든 픽셀(110)이 각 픽셀(110)에 대응되는 메모리 셀(210)에 한 번씩 매핑(mapping)될 수 있다.After one scan cycle, all pixels 110 may be mapped once to the memory cell 210 corresponding to each pixel 110.

만약, 해당 스캔 사이클에서 픽셀(110)에 빛이 입사되지 않는다면 해당 픽셀(110)이 메모리 셀(210)과 매핑이 되더라도 아무런 일도 발생하지 않을 수 있다.If light is not incident on the pixel 110 in the scan cycle, nothing may occur even if the pixel 110 is mapped to the memory cell 210.

도 8에 도시된 바와 같이 해당 스캔 사이클에서 픽셀(110)에 빛이 입사되었다고 하더라도, 광감지 전압(VPD)이 일정한 기준 전압(VTH)보다 더 큰 상태에서는 픽셀 신호(Sp)는 출력되지 않을 수 있으며, 토큰 신호 또한 메모리 셀(210)에 전송되지 않을 수 있다.As shown in FIG. 8, even if light is incident on the pixel 110 in the corresponding scan cycle, the pixel signal Sp may not be output when the light detection voltage VPD is greater than a certain reference voltage VTH. Also, the token signal may not be transmitted to the memory cell 210.

도 9를 참조하면, 어느 한 프레임 주기의 두번째 스캔 사이클 주기 동안 픽셀(110)과 메모리 셀(210)은 동기화되어 한 번씩 순차적으로 선택될 수 있다.Referring to FIG. 9, during the second scan cycle period of one frame period, the pixel 110 and the memory cell 210 may be synchronized and sequentially selected once.

광감지 전압(VPD)이 감소하다가 일정한 기준 전압(VTH)과 같은 크기가 되면 비교기(122)에 의하여 픽셀 신호(Sp)가 출력될 수 있다.When the light detection voltage (VPD) decreases and becomes equal to the constant reference voltage (VTH), the pixel signal (Sp) may be output by the comparator 122.

픽셀 신호(Sp)가 출력된 상태에서 해당 픽셀(110)이 메모리 셀(210)과 매핑이 되면, 토큰 신호는 메모리 셀(210)에 전송될 수 있다. 즉 메모리 셀(210)에서는 타이머를 통하여 광감지 전압(VPD)과 기준 전압(VTH)이 동일해진 스캔 사이클이 몇 번째 스캔 사이클인지 판단할 수 있다.If the pixel 110 is mapped to the memory cell 210 while the pixel signal Sp is output, the token signal may be transmitted to the memory cell 210. That is, the memory cell 210 can determine, through a timer, which scan cycle is the scan cycle in which the photo-sensing voltage (VPD) and the reference voltage (VTH) become equal.

도 10을 참조하면, 어느 한 프레임 주기의 세번째 스캔 사이클 주기 동안 픽셀(110)과 메모리 셀(210)은 동기화되어 한 번씩 순차적으로 선택될 수 있다.Referring to FIG. 10, during the third scan cycle of one frame period, the pixel 110 and the memory cell 210 may be synchronized and sequentially selected once.

이때, 비록 픽셀 신호(Sp)가 출력된 상태에서 해당 픽셀(110) 및 대응되는 메모리 셀(210)이 매핑이 이루어지지만, 이미 해당 프레임 주기에 포함된 이전 스캔 사이클 주기에서 토큰 신호가 메모리 셀(210)에 전송되었으므로, 토큰 세팅 상태가 재설정되어 해당 프레임 주기의 종료 시점까지 메모리 셀(210)로 토큰 신호를 재전송하지 않을 수 있다.At this time, although the pixel 110 and the corresponding memory cell 210 are mapped while the pixel signal Sp is output, the token signal is already transmitted to the memory cell ( 210), the token setting state is reset and the token signal may not be retransmitted to the memory cell 210 until the end of the corresponding frame period.

한 프레임 주기가 종료되면, 토큰 세팅 상태가 리셋되고 다음 프레임 주기에 포함된 복수개의 사이클 주기 동안 픽셀(110)과 메모리 셀(210)은 동기화되어 한 번씩 순차적으로 선택되는 과정이 반복될 수 있다.When one frame period ends, the token setting state is reset, and the pixel 110 and the memory cell 210 are synchronized and the process of sequentially selecting once during a plurality of cycle periods included in the next frame period may be repeated.

도 11은 일 실시예에 따른 스위치부, 토큰 커패시터 및 감지 증폭기의 연결 관계를 나타낸 회로를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit showing the connection relationship between a switch unit, a token capacitor, and a sense amplifier according to an embodiment.

도 11을 참조하면, 픽셀 회로(120)는 스위치부(123)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the pixel circuit 120 may further include a switch unit 123.

스위치부(123)는 픽셀 상태 신호에 따라 픽셀 플래그부(130)를 제어하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 스위치부(123)는 비교기(122)로부터 픽셀 상태 신호를 수신하면 픽셀 플래그부(130)와 컬럼 라인(300)을 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.The switch unit 123 may be configured to control the pixel flag unit 130 according to the pixel status signal. Specifically, the switch unit 123 may be configured to electrically connect the pixel flag unit 130 and the column line 300 when receiving a pixel state signal from the comparator 122.

픽셀 플래그부(130)는 토큰 커패시터(131)를 포함할 수 있다. 토큰 커패시터(131)는 스위치부(123)에 연결되고, 전하 충전단에 토큰 세팅 상태와 관련된 토큰 전하가 충전될 수 있다. 토큰 커패시터(131)는 한번 방전 되었다고 하더라도 새로운 프레임 주기가 시작될 때 다시 충전될 수 있다.The pixel flag unit 130 may include a token capacitor 131. The token capacitor 131 is connected to the switch unit 123, and a token charge related to the token setting state may be charged to the charge charging terminal. Even if the token capacitor 131 is discharged once, it can be recharged when a new frame cycle begins.

스위치부(123)는 픽셀 상태 신호를 수신하면 토큰 커패시터(131)와 컬럼 라인(300)을 전기적으로 연결해서 토큰 전하를 방전시켜 토큰 신호를 컬럼 라인(300)을 통해 메모리 셀(210)로 전송되도록 할 수 있다.When the switch unit 123 receives the pixel status signal, it electrically connects the token capacitor 131 and the column line 300 to discharge the token charge and transmits the token signal to the memory cell 210 through the column line 300. It can be done as much as possible.

특정 픽셀(110)에 포함된 토큰 커패시터(131)는, 어느 한 스캔 사이클에서 해당 픽셀(110)이 선택되었을 때, 선택 스위치(selm)가 닫혀 컬럼 라인(300)과 연결될 수 있다.The token capacitor 131 included in a specific pixel 110 may be connected to the column line 300 by closing the selection switch selm when the corresponding pixel 110 is selected in one scan cycle.

한편, 토큰 커패시터(131)의 전하량(CTKN)은 일반적으로 컬럼 라인(300)의 기생 용량(parasitic capacitance)보다 매우 작기 때문에 컬럼 라인(300)의 전압은 수 mV로 매우 작게 변화하게 된다. 이를 바이너리 신호(binary signal)로 만들기 위해 픽셀 어레이(100) 쪽에 연결된 컬럼 라인(300)과 프레임 메모리(200) 쪽에 연결된 컬럼 라인(300) 사이에 감지 증폭기(310)를 연결할 수 있다.Meanwhile, since the charge amount (CTKN) of the token capacitor 131 is generally much smaller than the parasitic capacitance of the column line 300, the voltage of the column line 300 changes very small to a few mV. To make this into a binary signal, a sense amplifier 310 can be connected between the column line 300 connected to the pixel array 100 and the column line 300 connected to the frame memory 200.

감지 증폭기(310)는 컬럼 라인(300)에 설치되어 토큰 신호를 증폭하여 메모리 셀(210)로 출력하도록 구성될 수 있다.The sense amplifier 310 may be installed in the column line 300 to amplify the token signal and output it to the memory cell 210.

감지 증폭기(310)의 출력(WR)은 선택 스위치(selm)에 가해진 신호로 선택된 메모리 셀(210)이 타이머 값으로 래치(latch)될 수 있다.The output WR of the sense amplifier 310 is a signal applied to the selection switch selm, and the selected memory cell 210 may be latched with a timer value.

토큰 제거 스위치부(320)는 컬럼 라인(300)과 접지 사이에 마련될 수 있다.The token removal switch unit 320 may be provided between the column line 300 and ground.

토큰 제거 스위치부(320)는 스위치부(123)와 상보적으로 작동되어 컬럼 라인(300)의 잔류 토큰 신호를 제거하도록 구성될 수 있다.The token removal switch unit 320 may be configured to operate complementary to the switch unit 123 to remove the residual token signal of the column line 300.

구체적으로 선택 스위치(selm)에 가해진 신호가 꺼지면, CLR 신호에 의해 토큰 제거 스위치부(320)가 닫힘으로써 컬럼 라인(300)에 남는 전하들이 제거되고, 이전 토큰의 영향이 컬럼 라인(300)에 남지 않도록 할 수 있다.Specifically, when the signal applied to the selection switch (selm) is turned off, the token removal switch unit 320 is closed by the CLR signal, thereby removing the remaining charges on the column line 300, and the influence of the previous token is removed from the column line 300. You can make sure it doesn't get left behind.

이처럼 일 실시예에 따른 이미지 센서(1)는 1-bit 신호를 전송하기 위해 컬럼 라인(300)을 최소한으로 움직여 전력의 소모를 더욱 줄일 수 있다.In this way, the image sensor 1 according to one embodiment can further reduce power consumption by minimally moving the column line 300 to transmit a 1-bit signal.

도 12는 일 실시예에 따른 트랜지스터들의 연결 관계를 나타낸 회로를 도시한 도면이고, 도 13은 일 실시예에 따른 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 14은 일 실시예에 따른 회로의 동작을 설명하기 위한 또다른 도면이다.FIG. 12 is a diagram showing a circuit showing the connection relationship of transistors according to an embodiment, FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the circuit according to an embodiment, and FIG. 14 is a diagram showing the operation of the circuit according to an embodiment. This is another drawing to explain.

스위치부(123)는 토큰 전송 트랜지스터(124)를 포함할 수 있다.The switch unit 123 may include a token transfer transistor 124.

도 12를 참조하면, 토큰 전송 트랜지스터(124)는 토큰 커패시터(131)와, 메모리 셀(210)에 연결되는 컬럼 라인(300) 사이에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 12 , the token transfer transistor 124 may be connected between the token capacitor 131 and the column line 300 connected to the memory cell 210.

픽셀 상태 신호는 토큰 전송 트랜지스터(124)의 게이트단에 입력될 수 있다.The pixel status signal may be input to the gate terminal of the token transfer transistor 124.

픽셀 플래그부(130)는 픽셀 상태 신호에 의해 토큰 전송 트랜지스터(124)가 턴온된 상태에서 토큰 전하를 방전시켜 토큰 신호를 컬럼 라인(300)을 통해 메모리 셀(210)로 전송하도록 구성될 수 있다.The pixel flag unit 130 may be configured to discharge the token charge while the token transfer transistor 124 is turned on by the pixel status signal and transmit the token signal to the memory cell 210 through the column line 300. .

도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 픽셀 회로(120)는 제1 픽셀 트랜지스터(125) 및 제2 픽셀 트랜지스터(126)를 포함할 수 있다.12, 13, and 14, the pixel circuit 120 may include a first pixel transistor 125 and a second pixel transistor 126.

제1 픽셀 트랜지스터(125)는 토큰 커패시터(131)의 전하 충전단과 전원 공급단 사이에 연결되고, 픽셀 상태 신호가 게이트단으로 입력될 수 있다. 제1 픽셀 트랜지스터(125)는 토큰 전송 트랜지스터(124)와 상보적으로 작동할 수 있다.The first pixel transistor 125 is connected between the charge terminal and the power supply terminal of the token capacitor 131, and a pixel state signal can be input to the gate terminal. The first pixel transistor 125 may operate complementary to the token transfer transistor 124.

제2 픽셀 트랜지스터(126)는 제1 픽셀 트랜지스터(125)의 게이트단과 접지 사이에 연결되고, 게이트단이 전하 충전단 및 제1 픽셀 트랜지스터(125)의 드레인단 또는 소스단에 연결될 수 있다.The second pixel transistor 126 may be connected between the gate terminal of the first pixel transistor 125 and ground, and the gate terminal may be connected to a charge charging terminal and a drain terminal or source terminal of the first pixel transistor 125.

광감지 전압(VPD)은 2단계 비교기(2-stage comparator)에 입력될 수 있다. 2단계 비교기는 M1 트랜지스터 및 M2 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이때, M1 트랜지스터의 기준 전압(threshold voltage)는 VTH1일 수 있다.The light detection voltage (VPD) can be input to a 2-stage comparator. The two-stage comparator may include an M1 transistor and an M2 transistor. At this time, the threshold voltage of the M1 transistor may be VTH1.

픽셀 플래그부(130)의 좌측에는 2단계 비교기의 출력이 입력될 수 있다.The output of a two-stage comparator may be input to the left side of the pixel flag unit 130.

각 프레임 주기의 리셋 단계에서, 토큰 커패시터(131)는 VDD로 충전된다. 이 때, 2단계 비교기의 기준 전압(VREF)은 VDD로 설정되어 광 다이오드(121)를 리셋할 수 있다.In the reset phase of each frame cycle, token capacitor 131 is charged to VDD. At this time, the reference voltage (VREF) of the two-stage comparator is set to VDD to reset the photodiode 121.

각 프레임 주기의 리셋 단계 이후, 2단계 비교기의 기준 전압(VREF)은 VDD보다 낮은 임의의 전압으로 설정될 수 있다.After the reset phase of each frame period, the reference voltage (VREF) of the second-stage comparator can be set to an arbitrary voltage lower than VDD.

광감지 전압(VPD)이 낮아지는 동안, M1 트랜지스터가 턴온되기 전까지 2단계 비교기의 상태는 그대로 유지될 수 있다.While the photo-sensing voltage (VPD) is lowered, the state of the second-stage comparator can be maintained until the M1 transistor is turned on.

M1 트랜지스터의 광감지 전압(VPD)이 VTH만큼 감소하면, 즉 광감지 전압(VPD)의 값이 VREF-VTH1 값이 되고, 해당 픽셀(110)이 선택되어 픽셀 선택 신호(sel)가 입력되면 토큰 커패시터(131)에 충전되어 있던 전하는 모두 컬럼 라인(300)으로 전송되게 된다. 전하의 전송이 끝나면, 픽셀 선택 신호(sel)가 꺼지면서 토큰 제거 스위치부(320)가 닫혀 컬럼 라인(300)을 완전히 방전할 수 있다.When the photo-sensing voltage (VPD) of the M1 transistor decreases by VTH, that is, the value of the photo-sensing voltage (VPD) becomes VREF-VTH1, and the corresponding pixel 110 is selected and the pixel selection signal (sel) is input, the token All charges charged in the capacitor 131 are transmitted to the column line 300. When the charge transfer is completed, the pixel selection signal (sel) is turned off and the token removal switch unit 320 is closed to completely discharge the column line 300.

도 15는 일 실시예에 따른 AND 논리 게이트를 포함하는 회로를 도시한 도면이다.FIG. 15 is a diagram illustrating a circuit including an AND logic gate according to an embodiment.

도 15를 참조하면, 픽셀 플래그부(130)는 토큰 저장부(132), AND 논리 게이트(133) 및 스위치부(123)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, the pixel flag unit 130 may include a token storage unit 132, an AND logic gate 133, and a switch unit 123.

토큰 저장부(132)는 토큰 세팅 상태를 저장할 수 있다. 토큰 저장부(132)는 매 프레임 주기의 초기 시점에 설정 신호(예를 들어, 토큰 전하 충전 전압)를 인가받아 토큰 저장부(132)의 토큰 커패시터를 충전시킬 수 있다.The token storage unit 132 may store the token setting state. The token storage unit 132 may charge the token capacitor of the token storage unit 132 by receiving a setting signal (eg, token charge charging voltage) at the beginning of each frame cycle.

AND 논리 게이트(133)는 토큰 세팅 상태(tkn), 픽셀 상태(Sp) 및 픽셀 선택 신호(sel)를 입력 받아 AND 연산을 수행하여 토큰 전송 신호를 출력할 수 있다.The AND logic gate 133 may receive the token setting state (tkn), pixel state (Sp), and pixel selection signal (sel), perform AND operation, and output a token transmission signal.

즉, AND 논리 게이트(133)는 한 프레임 주기에서 토큰이 이미 전송되기 전이어서 토큰 세팅 상태가 논리 '0'이 아니고, 픽셀(110)에 빛이 입사되고 일정시간이 지나 픽셀 상태(Sp)가 논리 '1'이 되고, 현재의 사이클 주기에서 해당 픽셀(110)을 선택하는 신호(sel)(논리 '1')가 입력되면, 토큰 저장부(132)에 저장된 토큰 신호가 출력되도록 논리 '1'에 해당하는 토큰 전송 신호를 출력할 수 있다.In other words, the token setting state of the AND logic gate 133 is not logic '0' because the token has already been transmitted in one frame cycle, and the pixel state (Sp) changes after a certain period of time after light is incident on the pixel 110. It becomes logic '1', and when the signal (sel) (logic '1') for selecting the corresponding pixel 110 in the current cycle period is input, the token signal stored in the token storage unit 132 is output. A token transmission signal corresponding to ' can be output.

AND 논리 게이트(133)는 한 프레임 주기에서 토큰이 이미 전송되어 토큰 세팅 상태가 논리 '0'에 해당하거나, 픽셀 상태(Sp)가 논리 '0'에 해당하거나, 또는 사이클 주기에서 해당 픽셀(110)을 선택하는 신호(sel)가 입력되지 않는 논리 '0' 상태이면, 픽셀(110)로부터 메모리 셀로 어떠한 신호도 출력되지 않도록, 논리 '0'에 해당하는 토큰 전송 신호(토큰 비전송 신호)를 출력할 수 있다.The AND logic gate 133 detects that the token has already been transmitted in one frame cycle and the token setting state corresponds to logic '0', the pixel state (Sp) corresponds to logic '0', or the corresponding pixel (110) in the cycle cycle. ), the token transmission signal (token non-transmission signal) corresponding to logic '0' is used so that no signal is output from the pixel 110 to the memory cell. Can be printed.

스위치부(123)는 토큰 저장부(132)와 메모리 셀(210) 사이에 마련되고, 토큰 전송 신호에 따라 토큰 저장부(132)로부터 메모리 셀(210)로 토큰 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.The switch unit 123 is provided between the token storage unit 132 and the memory cell 210, and may be configured to transmit a token signal from the token storage unit 132 to the memory cell 210 according to the token transmission signal. .

이상에서 설명된 구성요소들의 성능에 대응하여 적어도 하나의 구성요소가 추가되거나 삭제될 수 있다. 또한, 구성요소들의 상호 위치는 시스템의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.At least one component may be added or deleted in response to the performance of the components described above. Additionally, it will be easily understood by those skilled in the art that the mutual positions of the components may be changed in response to the performance or structure of the system.

도 16은 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법의 순서도이다. 이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일 뿐이며, 필요에 따라 일부 구성이 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.Figure 16 is a flowchart of an image acquisition method according to one embodiment. This is only a preferred embodiment for achieving the purpose of the present invention, and of course, some components may be added or deleted as needed.

도 16을 참조하면, 픽셀 플래그부(130)는 이미지 센서(1)의 각 픽셀(110)의 토큰 세팅 상태를 설정할 수 있다(1001).Referring to FIG. 16, the pixel flag unit 130 can set the token setting state of each pixel 110 of the image sensor 1 (1001).

픽셀 회로(120)는 입사광의 세기에 의해 변화하는 이미지 센서(1)의 각 픽셀(110)의 픽셀 상태를 감지하여 픽셀 상태에 따라 픽셀 플래그부(130)를 제어할 수 있다.The pixel circuit 120 may detect the pixel state of each pixel 110 of the image sensor 1 that changes depending on the intensity of incident light and control the pixel flag unit 130 according to the pixel state.

구체적으로, 광 다이오드(121)는 입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력할 수 있다(1002).Specifically, the photodiode 121 may output a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light (1002).

비교기(122)는 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력할 수 있다(1003).The comparator 122 may compare the photo-sensing voltage with a reference voltage and output a pixel state signal indicating the pixel state (1003).

스위치부(123)는 픽셀 상태 신호에 따라 픽셀 플래그부(130)를 제어할 수 있다(1004). 구체적으로, 스위치부(123)는 비교기(122)로부터 픽셀 상태 신호를 수신하면 픽셀 플래그부(130)와 컬럼 라인(300)을 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.The switch unit 123 may control the pixel flag unit 130 according to the pixel status signal (1004). Specifically, the switch unit 123 may be configured to electrically connect the pixel flag unit 130 and the column line 300 when receiving a pixel state signal from the comparator 122.

픽셀 플래그부(130)는 픽셀 상태 및 토큰 세팅 상태에 따라 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀(110)에 대응되는 메모리 셀(210)로 전송할 수 있다(1005).The pixel flag unit 130 may transmit a token signal corresponding to the pixel signal to the memory cell 210 corresponding to each pixel 110 according to the pixel state and token setting state (1005).

픽셀 플래그부(130)는 토큰 신호를 메모리 셀(210)로 전송함에 따라 각 픽셀(110)의 토큰 세팅 상태를 재설정할 수 있다(1006).The pixel flag unit 130 may reset the token setting state of each pixel 110 by transmitting the token signal to the memory cell 210 (1006).

픽셀 플래그부(130)는 설정된 프레임 주기 동안 토큰 세팅 상태가 재설정된 후, 프레임 주기의 종료 시점까지 메모리 셀(210)로 상기 토큰 신호가 재전송되는 것을 차단할 수 있다(1007).After the token setting state is reset during a set frame period, the pixel flag unit 130 may block retransmission of the token signal to the memory cell 210 until the end of the frame period (1007).

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(1)의 성능을 검증하기 위하여 프로토타입의 이미지 센서(1)를 이용한 연구를 진행했다.In order to verify the performance of the image sensor 1 according to an embodiment of the present invention, a study was conducted using a prototype image sensor 1.

이때 120x120의 픽셀 어레이(100) 와 120x120x8-bit의 프레임 메모리(200)를 구성하였다. 픽셀 어레이(100)와 프레임 메모리(200)는 일반적으로 다른 공정을 사용하여 별개의 칩(chip)으로 구현될 수 있으나, 본 프로토타입의 이미지 센서(1)에서는 같은 칩 상에 구현되었으며, 메탈 라인(metal line)을 통해 컬럼(column)끼리 연결되었다.At this time, a 120x120 pixel array 100 and a 120x120x8-bit frame memory 200 were configured. The pixel array 100 and the frame memory 200 can generally be implemented as separate chips using different processes, but in the image sensor 1 of this prototype, they are implemented on the same chip, and are implemented using metal lines. The columns were connected to each other through metal lines.

도 17은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 성능을 나타내는 그래프 및 표이며, 도 18은 일 실시예에 따른 이미지 센서가 종래의 센서보다 개선된 정도를 나타내는 표이다.FIG. 17 is a graph and table showing the performance of an image sensor according to an embodiment, and FIG. 18 is a table showing the degree to which the image sensor according to an embodiment is improved over a conventional sensor.

도 17을 참조하면, 프로토타입의 이미지 센서(1)가 데이터를 전송하고 메모리에 저장하는데 필요한 전력 소모량은 40fps의 프레임에서 17.2μW인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, it can be seen that the power consumption required for the prototype image sensor 1 to transmit data and store it in memory is 17.2 μW at a frame of 40 fps.

또한, 프로토타입의 이미지 센서(1)는 40fps의 프레임에서 29.8pJ/pixel-frame의 FoM(figure-of-merit) 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the prototype image sensor 1 shows a figure-of-merit (FoM) value of 29.8pJ/pixel-frame at a frame of 40fps.

도 18을 참조하면, 실험에 이용된 본 발명의 프로토타입 이미지 센서(1)가 다른 이미지 센서에 비하여 FoM(figure-of-merit)값 측면에서 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 프로토타입 이미지 센서(1)가 낮은 전력 소모에도 불구하고 다른 이미지 센서에 비하여 비교적 낮은 수준의 랜덤 노이즈(random noise)를 달성하는 효과가 있음을 확인하였다.Referring to FIG. 18, it can be seen that the prototype image sensor 1 of the present invention used in the experiment is superior to other image sensors in terms of figure-of-merit (FoM) value. In addition, it was confirmed that the prototype image sensor 1 of the present invention is effective in achieving a relatively low level of random noise compared to other image sensors, despite low power consumption.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 및 이미지 획득 방법은 이미징이 요구되는 기기들, 특히 저전력 특성이나 휴대형 배터리 사용을 필요로 하는 사물 통신(IoT; Internet of Things) 기기, 착용형 기기(wearable device), 얼굴 인식 도어락(face recognition door lock), 시선 추적 VR 헤드셋(eye tracking virtual reality headset), 인공지능 로봇 등을 비롯한 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.The image sensor and image acquisition method according to the embodiment of the present invention as described above can be used in devices that require imaging, especially Internet of Things (IoT) devices that require low power characteristics or the use of portable batteries, and wearable devices. It can be used in a variety of application fields, including wearable devices, face recognition door locks, eye tracking virtual reality headsets, artificial intelligence robots, etc. The attached drawings are as shown above. The disclosed embodiments have been described with reference to the following. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be practiced in forms different from the disclosed embodiments without changing the technical idea or essential features of the present invention. The disclosed embodiments are illustrative and should not be construed as limiting.

1: 이미지 센서
100: 픽셀 어레이
110: 픽셀
120: 픽셀 회로
121: 광 다이오드
122: 비교기
123: 스위치부
124: 토큰 전송 트랜지스터
125: 제1 픽셀 트랜지스터
126: 제2 픽셀 트랜지스터
130: 픽셀 플래그부
131: 토큰 커패시터
132: 토큰 저장부
133: AND 논리 게이트
200: 프레임 메모리
210: 메모리 셀
300: 컬럼 라인
310: 감지 증폭기
320: 토큰 제거 스위치부
1: Image sensor
100: pixel array
110: pixel
120: pixel circuit
121: photodiode
122: comparator
123: switch part
124: Token transfer transistor
125: first pixel transistor
126: second pixel transistor
130: Pixel flag section
131: token capacitor
132: Token storage unit
133: AND logic gate
200: frame memory
210: memory cell
300: Column line
310: sense amplifier
320: Token removal switch unit

Claims (15)

입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀에 대응되고, 상기 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성되는 복수의 메모리 셀을 포함하는 프레임 메모리;를 포함하고,
상기 픽셀 어레이는,
상기 복수의 픽셀에 각각 대응되게 마련되고, 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성되는 픽셀 플래그부; 및
상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 픽셀 회로;를 포함하고,
상기 픽셀 회로는:
입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하도록 구성되는 광 다이오드;
상기 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력하도록 구성되는 비교기; 및
상기 픽셀 상태 신호에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 스위치부;를 포함하고,
상기 픽셀 플래그부는:
상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 상기 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하고, 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송됨에 따라 상기 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성되고,
상기 스위치부에 연결되고, 전하 충전단에 상기 토큰 세팅 상태와 관련된 토큰 전하가 충전되는 토큰 커패시터를 포함하고,
상기 스위치부는 상기 토큰 커패시터와, 상기 메모리 셀에 연결되는 컬럼 라인 사이에 연결되는 토큰 전송 트랜지스터;를 포함하고,
상기 픽셀 상태 신호에 의해 상기 토큰 전송 트랜지스터가 턴온된 상태에서 상기 토큰 전하를 방전시켜 상기 토큰 신호를 상기 컬럼 라인을 통해 상기 메모리 셀로 전송하도록 구성되고,
상기 픽셀 상태 신호는 상기 토큰 전송 트랜지스터의 게이트단에 입력되는 이미지 센서.
a pixel array including a plurality of pixels that output pixel signals according to pixel states that change depending on the intensity of incident light; and
A frame memory including a plurality of memory cells corresponding to the plurality of pixels and configured to store transmission time data of the pixel signal,
The pixel array is,
a pixel flag unit provided to correspond to each of the plurality of pixels and configured to set a token setting state of each pixel; and
A pixel circuit configured to control the pixel flag unit according to the pixel state,
The pixel circuit is:
a photodiode configured to output a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light;
a comparator configured to compare the photo-sensing voltage with a reference voltage and output a pixel state signal indicating the pixel state; and
A switch unit configured to control the pixel flag unit according to the pixel status signal,
The pixel flag section:
Transmitting a token signal corresponding to the pixel signal to a memory cell corresponding to each pixel according to the pixel state and the token setting state, and configured to change the token setting state as the token signal is transmitted to the memory cell,
It is connected to the switch unit and includes a token capacitor in which a token charge related to the token setting state is charged to the charge charging terminal,
The switch unit includes a token transfer transistor connected between the token capacitor and a column line connected to the memory cell,
configured to discharge the token charge while the token transfer transistor is turned on by the pixel state signal and transmit the token signal to the memory cell through the column line,
The image sensor wherein the pixel status signal is input to the gate terminal of the token transfer transistor.
제1항에 있어서,
상기 픽셀 플래그부는:
설정된 프레임 주기 동안 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송되면 상기 토큰 세팅 상태가 재설정되고, 상기 토큰 세팅 상태가 재설정됨에 따라 상기 프레임 주기의 종료 시점까지 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호를 재전송하지 않도록 구성되는 이미지 센서.
According to paragraph 1,
The pixel flag section:
When the token signal is transmitted to the memory cell during a set frame period, the token setting state is reset, and as the token setting state is reset, the image sensor is configured not to retransmit the token signal to the memory cell until the end of the frame period. .
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀에 대응되고, 상기 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성되는 복수의 메모리 셀을 포함하는 프레임 메모리;를 포함하고,
상기 픽셀 어레이는,
상기 복수의 픽셀에 각각 대응되게 마련되고, 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성되는 픽셀 플래그부; 및
상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 픽셀 회로;를 포함하고,
상기 픽셀 회로는:
입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하도록 구성되는 광 다이오드;
상기 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력하도록 구성되는 비교기; 및
상기 픽셀 상태 신호에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 스위치부;를 포함하고,
상기 픽셀 플래그부는:
상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 상기 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하고, 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송됨에 따라 상기 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성되고,
상기 스위치부에 연결되고, 전하 충전단에 상기 토큰 세팅 상태와 관련된 토큰 전하가 충전되는 토큰 커패시터를 포함하고,
상기 스위치부는 상기 토큰 커패시터와, 상기 메모리 셀에 연결되는 컬럼 라인 사이에 연결되는 토큰 전송 트랜지스터;를 포함하고,
상기 픽셀 상태 신호는 상기 토큰 전송 트랜지스터의 게이트단에 입력되고,
상기 픽셀 회로는:
상기 토큰 커패시터의 상기 전하 충전단과 전원 공급단 사이에 연결되고, 상기 토큰 전송 트랜지스터와 상보적으로 작동하며, 상기 픽셀 상태 신호가 게이트단으로 입력되는 제1 픽셀 트랜지스터; 및
상기 제1 픽셀 트랜지스터의 게이트단과 접지 사이에 연결되고, 게이트단이 상기 전하 충전단 및 상기 제1 픽셀 트랜지스터의 드레인단 또는 소스단에 연결되는 제2 픽셀 트랜지스터;를 더 포함하는 이미지 센서.
a pixel array including a plurality of pixels that output pixel signals according to pixel states that change depending on the intensity of incident light; and
A frame memory including a plurality of memory cells corresponding to the plurality of pixels and configured to store transmission time data of the pixel signal,
The pixel array is,
a pixel flag unit provided to correspond to each of the plurality of pixels and configured to set a token setting state of each pixel; and
A pixel circuit configured to control the pixel flag unit according to the pixel state,
The pixel circuit is:
a photodiode configured to output a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light;
a comparator configured to compare the photo-sensing voltage with a reference voltage and output a pixel state signal indicating the pixel state; and
A switch unit configured to control the pixel flag unit according to the pixel status signal,
The pixel flag section:
Transmitting a token signal corresponding to the pixel signal to a memory cell corresponding to each pixel according to the pixel state and the token setting state, and configured to change the token setting state as the token signal is transmitted to the memory cell,
It is connected to the switch unit and includes a token capacitor in which a token charge related to the token setting state is charged to the charge charging terminal,
The switch unit includes a token transfer transistor connected between the token capacitor and a column line connected to the memory cell,
The pixel state signal is input to the gate terminal of the token transfer transistor,
The pixel circuit is:
a first pixel transistor connected between the charge charging terminal and the power supply terminal of the token capacitor, operating complementary to the token transfer transistor, and inputting the pixel state signal to a gate terminal; and
An image sensor further comprising a second pixel transistor connected between a gate terminal of the first pixel transistor and ground, and a gate terminal connected to the charge charging terminal and a drain terminal or source terminal of the first pixel transistor.
입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀에 대응되고, 상기 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성되는 복수의 메모리 셀을 포함하는 프레임 메모리;를 포함하고,
상기 픽셀 어레이는,
상기 복수의 픽셀에 각각 대응되게 마련되고, 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성되는 픽셀 플래그부; 및
상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 픽셀 회로;를 포함하고,
상기 픽셀 회로는:
입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하도록 구성되는 광 다이오드;
상기 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력하도록 구성되는 비교기; 및
상기 픽셀 상태 신호에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 스위치부;를 포함하고,
상기 픽셀 플래그부는:
상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 상기 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하고, 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송됨에 따라 상기 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성되고,
상기 스위치부에 연결되고, 전하 충전단에 상기 토큰 세팅 상태와 관련된 토큰 전하가 충전되는 토큰 커패시터를 포함하고,
상기 스위치부는 상기 토큰 커패시터와, 상기 메모리 셀에 연결되는 컬럼 라인 사이에 연결되는 토큰 전송 트랜지스터;를 포함하고,
상기 픽셀 상태 신호는 상기 토큰 전송 트랜지스터의 게이트단에 입력되고,
상기 컬럼 라인에 설치되어 상기 토큰 신호를 증폭하여 상기 메모리 셀로 출력하도록 구성되는 감지 증폭기; 및
상기 컬럼 라인과 접지 사이에 마련되고, 상기 스위치부와 상보적으로 온오프 작동되어 상기 컬럼 라인의 잔류 토큰 신호를 제거하도록 구성되는 토큰 제거 스위치부;를 더 포함하는 이미지 센서.
a pixel array including a plurality of pixels that output pixel signals according to pixel states that change depending on the intensity of incident light; and
A frame memory including a plurality of memory cells corresponding to the plurality of pixels and configured to store transmission time data of the pixel signal,
The pixel array is,
a pixel flag unit provided to correspond to each of the plurality of pixels and configured to set a token setting state of each pixel; and
A pixel circuit configured to control the pixel flag unit according to the pixel state,
The pixel circuit is:
a photodiode configured to output a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light;
a comparator configured to compare the photo-sensing voltage with a reference voltage and output a pixel state signal indicating the pixel state; and
A switch unit configured to control the pixel flag unit according to the pixel status signal,
The pixel flag section:
Transmitting a token signal corresponding to the pixel signal to a memory cell corresponding to each pixel according to the pixel state and the token setting state, and configured to change the token setting state as the token signal is transmitted to the memory cell,
It is connected to the switch unit and includes a token capacitor in which a token charge related to the token setting state is charged to the charge charging terminal,
The switch unit includes a token transfer transistor connected between the token capacitor and a column line connected to the memory cell,
The pixel state signal is input to the gate terminal of the token transfer transistor,
a sense amplifier installed in the column line and configured to amplify the token signal and output it to the memory cell; and
An image sensor further comprising a token removal switch unit provided between the column line and ground and configured to be turned on and off in a complementary manner to the switch unit to remove a residual token signal of the column line.
입사광의 세기에 의해 변화하는 픽셀 상태에 따라 픽셀 신호를 출력하는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀에 대응되고, 상기 픽셀 신호의 전송시간 데이터를 저장하도록 구성되는 복수의 메모리 셀을 포함하는 프레임 메모리;를 포함하고,
상기 픽셀 어레이는,
상기 복수의 픽셀에 각각 대응되게 마련되고, 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하도록 구성되는 픽셀 플래그부; 및
상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하도록 구성되는 픽셀 회로;를 포함하고,
상기 픽셀 플래그부는:
상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 상기 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하고, 상기 토큰 신호가 상기 메모리 셀로 전송됨에 따라 상기 토큰 세팅 상태가 변화되도록 구성되고,
상기 토큰 세팅 상태를 저장하는 토큰 저장부;
상기 토큰 세팅 상태, 상기 픽셀 상태 및 픽셀 선택 신호를 입력 받아 AND 연산을 수행하여 토큰 전송 신호를 출력하도록 구성되는 AND 논리 게이트; 및
상기 토큰 저장부와 상기 메모리 셀 사이에 마련되고, 상기 토큰 전송 신호에 따라 상기 토큰 저장부로부터 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호를 전송하도록 구성되는 스위치부;를 포함하는 이미지 센서.
a pixel array including a plurality of pixels that output pixel signals according to pixel states that change depending on the intensity of incident light; and
A frame memory including a plurality of memory cells corresponding to the plurality of pixels and configured to store transmission time data of the pixel signal,
The pixel array is,
a pixel flag unit provided to correspond to each of the plurality of pixels and configured to set a token setting state of each pixel; and
A pixel circuit configured to control the pixel flag unit according to the pixel state,
The pixel flag section:
Transmitting a token signal corresponding to the pixel signal to a memory cell corresponding to each pixel according to the pixel state and the token setting state, and configured to change the token setting state as the token signal is transmitted to the memory cell,
a token storage unit that stores the token setting state;
an AND logic gate configured to receive the token setting state, the pixel state, and the pixel selection signal and perform an AND operation to output a token transmission signal; and
An image sensor including; a switch unit provided between the token storage unit and the memory cell and configured to transmit the token signal from the token storage unit to the memory cell according to the token transmission signal.
제1항, 제2항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 이미지 센서에 의해 이미지를 획득하는 방법으로서,
상기 픽셀 플래그부에 의해, 상기 이미지 센서의 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 설정하는 단계;
픽셀 회로에 의해, 입사광의 세기에 의해 변화하는 상기 이미지 센서의 각 픽셀의 픽셀 상태를 감지하여 상기 픽셀 상태에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하는 단계;
상기 픽셀 플래그부에 의해, 상기 픽셀 상태 및 상기 토큰 세팅 상태에 따라 픽셀 신호에 해당하는 토큰 신호를 상기 각 픽셀에 대응되는 메모리 셀로 전송하는 단계; 및
상기 픽셀 플래그부에 의해, 상기 토큰 신호를 상기 메모리 셀로 전송함에 따라 상기 각 픽셀의 토큰 세팅 상태를 재설정하는 단계;를 포함하는 이미지 획득 방법.
A method of acquiring an image by the image sensor of any one of claims 1, 2, and 7 to 9, comprising:
setting a token setting state of each pixel of the image sensor by the pixel flag unit;
detecting, by a pixel circuit, a pixel state of each pixel of the image sensor that changes depending on the intensity of incident light, and controlling the pixel flag unit according to the pixel state;
transmitting, by the pixel flag unit, a token signal corresponding to a pixel signal to a memory cell corresponding to each pixel according to the pixel state and the token setting state; and
An image acquisition method comprising: resetting the token setting state of each pixel by transmitting the token signal to the memory cell by the pixel flag unit.
제10항에 있어서,
설정된 프레임 주기 동안 상기 토큰 세팅 상태가 재설정된 후, 상기 프레임 주기의 종료 시점까지 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호가 재전송되는 것을 차단하는 단계;를 더 포함하는 이미지 획득 방법.
According to clause 10,
After the token setting state is reset during a set frame period, blocking retransmission of the token signal to the memory cell until the end of the frame period.
제10항에 있어서,
상기 픽셀 플래그부를 제어하는 단계는:
광 다이오드에 의해, 입사광의 세기에 따라 광감지 전압을 출력하는 단계;
비교기에 의해, 상기 광감지 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 픽셀 상태를 나타내는 픽셀 상태 신호를 출력하는 단계; 및
스위치부에 의해, 상기 픽셀 상태 신호에 따라 상기 픽셀 플래그부를 제어하는 단계;를 포함하는 이미지 획득 방법.
According to clause 10,
The steps for controlling the pixel flag unit are:
outputting a photo-sensing voltage according to the intensity of incident light by a photodiode;
Comparing the photo-sensing voltage with a reference voltage using a comparator to output a pixel state signal indicating the pixel state; and
An image acquisition method comprising: controlling the pixel flag unit according to the pixel state signal by a switch unit.
제10항에 있어서,
상기 토큰 세팅 상태를 설정하는 단계는:
스위치부에 연결되는 토큰 커패시터의 전하 충전단에 토큰 전하를 충전하는 단계;를 포함하는 이미지 획득 방법.
According to clause 10,
The steps for setting the token setting state are:
An image acquisition method comprising: charging a token charge to the charge charging terminal of a token capacitor connected to the switch unit.
제13항에 있어서,
감지 증폭기에 의해, 컬럼 라인으로 전송되는 상기 토큰 신호를 증폭하여 상기 메모리 셀로 출력하는 단계; 및
상기 스위치부와 상보적으로 온오프 작동되는 토큰 제거 스위치부에 의해, 상기 컬럼 라인의 잔류 토큰 신호를 제거하는 단계;를 더 포함하는 이미지 획득 방법.
According to clause 13,
Amplifying the token signal transmitted through a column line by a sense amplifier and outputting the token signal to the memory cell; and
An image acquisition method further comprising: removing the residual token signal of the column line by a token removal switch unit that is turned on and off complementary to the switch unit.
제10항에 있어서,
AND 논리 게이트에 의해, 상기 픽셀 플래그부의 토큰 저장부에 저장된 상기 토큰 세팅 상태, 상기 픽셀 상태 및 픽셀 선택 신호를 AND 연산하여 토큰 전송 신호를 출력하는 단계; 및
스위치부에 의해, 상기 토큰 전송 신호에 따라 상기 토큰 저장부로부터 상기 메모리 셀로 상기 토큰 신호를 전송하는 단계;를 포함하는 이미지 획득 방법.
According to clause 10,
outputting a token transmission signal by performing an AND operation on the token setting state, the pixel state, and the pixel selection signal stored in the token storage portion of the pixel flag unit by an AND logic gate; and
Transmitting, by a switch unit, the token signal from the token storage unit to the memory cell according to the token transmission signal.
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