KR20050023321A - 이미지 센싱 디바이스 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
2차원의, 임시 변조된 전자기 파장이, 바람직하게는 자외선, 가시광선 또는 적외선 영역에서 하나 이상의 센싱 소자들로 국부적으로 검출 및 복조될 수 있다. 각 센싱 소자는 반도체 기판 위-이 기판의 표면은 전기적으로 공핍된다-에 생성되는 절연 층(O)의 상부에 저항성의 투명한 전극(E)으로 구성된다. 상기 전극(E)은 둘 이상의 접촉부들(C1; C2)로 변조 파장의 주파수에 동기하여 동작하는 다수의 클록 전압들에 접속될 수 있다. 상기 전극에서 그리고 반도체 기판에서, 측부 전기장이 생성되어 상기 반도체 내의 광발생 전하 쌍들을 상기 접촉부들(C1; C2)에 인접한 개별적인 확산부들(D1; D2)에 분리하여 전송한다. 상기 확산부들에 광전하를 반복적으로 저장 및 축적함으로써, 전기 신호들이 발생되어 후속적인 상기 변조 파장의 국부적 위상 쉬프트, 진폭 그리고 오프셋의 결정을 위하여 판독된다.
Description
본 발명은 이미지 센싱 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 변조된 파장의 검출 및 복조(demodulation)하는 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 반사물의 3차원 형상을 결정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 일시적으로 변조된 전자기 파장, 특히 자외선, 가시광선, 또는 적외선 스펙트럼 범위에서의 민감한 국부적인 검출 및 복조를 요구하는 모든 센싱 및 측정 기술들에 적용될 수 있다. 이러한 가능성은 광학적 위상-쉬프팅 간섭계 또는 비행 시간(time-of-flight) 범위에 근거한 비접촉형(non-contact) 거리 측정에 특히 유용하다. 본 발명은 특히 밀집된 1차원 또는 2차원 어레이의 복조 픽셀들을 요구하는 모든 센싱 및 측정기술에 적용될 수 있다.
DE 44 40 613 C1은 센싱 소자들로 변조된 파장의 강도를 검출 및 복조하는 것을 개시하고, 상기 센싱 소자는 세 개의 부분들로 구성되는 바, 하나의 감광(photosensitive) 부분과, 여기서 입사 광자들은 비례하는 수의 전자 전하 쌍들로 변환되고, 하나 이상의 저장 소자들과, 여기서 광발생된 전하들이 저장 및 축적되고, 그리고 상기 감광 부분과 각 저장 소자들 사이에 같은 수의 스위치들이다. 상기 스위치들은 변조 주파수에 동기하여 동작한다. 바람직한 실시예는 1995년 Dord-recht, Kluwer의 "Solid-state imaging with charge-coupled devices"에서, A.J.P. Theuwissen에 의하여 설명된 바와 같이, 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device) 기술들에 의존한다. 광발생 전하를 측부로 전송하는 CCD로서 실현 및 동작하는 감광 사이트 및 스위치들이 존재한다. 이러한 접근의 단점은 특히 큰 감광 사이트들 및 CCD 게이트들이 사용되는 경우, CCD로 획득되는 복조 속도가 제한적이고, CCD 구조들을 제조하는데 특정한 반도체 공정들이 필요하고, 그리고 상기 CCD 게이트들 하에서 높은 전하 전달 효율을 얻기 위하여 특정한 형상의 상승 에지 또는 하강 에지를 가지는 파형을 클록할 것이 요구된다는 점이다.
상기 스위치의 대안적인 실시예는 산업 표준 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS: complementary metal oxide semiconductor)에서 유효한 전계 효과 트랜지스터(FET)들을 사용한다. 이러한 타입의 스위치는 동작하기에 간단하고, 제조하기 쉽다. 상기 FET 스위치의 단점은 전하 전달의 불완전성 때문에 전하 및 전압 노이즈가 증가되고, 전하 주입 효과 및 게이트 전압 변동에 의하여 채널 전류 노이즈가 야기된다는 점이다.
DE 198 21 974 A1은 단일의 큰 감광 포토게이트를 빗모양으로 서로맞물린 전극 포토게이트로 대체함으로써 큰 감광 소자들의 속도 제한을 극복하는 것을 제시한다. 그러므로, 광발생 전하 캐리어들은 보다 빠르게 수집되고, 또한 두 개 이상의 저장 소자들에서 보다 빠르게 전달될 수 있다. 이 발명은 적합한 저장 소자들에 광전하를 전달하는 스위칭 소자들에 또한 의존한다. FET들의 CCD 게이트로서 실현되는 이러한 스위칭 소자들의 단점은 DE 44 40 613 C1에서 설명한 것과 같다.
EP 00103721은 변조된 파장 강도를 검출 및 복조하는 대안적인 센싱 소자를 설명한다. 이는 센싱 소자에 대해 두 개의 감광 부분들을 사용하는 바, 이들 각각은 두 개의 저장 사이트들 및 관련된 스위칭 소자를 구비한다. 두 개의 포토사이트 상에 유입 파장 강도의 같은 분포를 위하여 상기 센싱 소자의 상부에 확산 광학 성분과 함께 사용되는 경우, 이러한 디바이스는 연장된 통합 시간을 허용하고 클록 파형 상에 타이밍 제한을 경감시킨다. 저장 사이트의 수는 4개로 제한되는 바, 상기 변조된 파형의 주기당 4개 이상의 샘플들이 취해지는 경우 이러한 디바이스를 비효과적이 되게 한다. 이 발명은 또한 상술한 두 발명들에 대하여 설명한 바와 같이, 상기 포토사이트로부터 상기 저장 소자들로 광전하를 이동하는 스위치들에 의존한다.
CH 3176/96은 측부 방향을 따라서 향상된 속도로 광발생 및 전하 캐리어들을 전송하는 수단으로서, 두 개의 단부들에서 스태틱(static) 전압 차이를 가지는 저항성, 연장된 전극의 사용을 제시한다. 이는 반도체-절연체 인터페이스의 표면에 평행하게 생성되는 스태틱 측부 전기장(static lateral electrical field)으로 달성된다. 이러한 측부 전기장은 같은 사이즈의 전극을 가지나 이 발명에 개시된 측부 전기장에 의존하지 않는 기존의 CCD 구조에 비하여 실질적으로 빠르게 광전하를 이동시킨다. 광전하는 단지 하나의 고정된 방향으로 이동할 수 있기 때문에, 입사된 변조 파장에 대한 어떤 복조 작용도 그러한 디바이스로는 획득될 수 없다.
US 5,528,643은 일련의 CCD 게이트들을 사용함으로써 매우 빨라진 광발생 전하 캐리어들의 전송을 제시하는 바, 각 게이트는 전압 차이가 인가되는 양 단부들에 접촉된다. 이러한 방식으로, 각 CCD 전극은 반도체-절연체 인터페이스에서 측부 드리프트 필드를 나타낸다. US 5,528,643에 개시된 발명의 목적은 컬럼 및 판독 라인 방향으로 향상된 광전하 전송 속도를 가지는 2차원 CCD 이미지 센서의 아키텍처이다. 광전하가 단지 하나의 방향으로 이동할 수 있기 때문에, 입사된 변조 파장에 대한 어떤 복조 작용도 그러한 디바이스로는 획득될 수 없다.
본 발명의 상술한 그리고 다른 특성들 및 이점들이 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 제 1 실시예를 도시한다.
도 2는 상기 센서 소자로부터 전하를 판독하는 전하 통합 회로의 두 실시예를 도시한다.
도 3은 클록 신호로 공급되고 그리고 두 개의 반위상 클록 신호들로 공급되는 경우, 도 1의 이미지 센서 소자의 동작을 예시한다.
도 4는 상이한 전극 접촉부 배치들을 구비한 도 1에 도시된 소자들의 수정들을 포함하는 본 발명에 따른 이미지 센서 소자의 제 2 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 4-탭 복조화 이미지 센서의 실시예들 도시한다.
도 6은 변조된 파장을 검출 및 복조하는 본 발명에 따른 디바이스의 이미지 센싱 부분을 도시한다.
본 발명의 일 목적은 변조된 전자기 파장을, 선택적으로 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시광선 및 근적외선 부분에서 국부적으로 복조하기 위한 신규 광전자 센싱 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복조 라인 및 이미지 센서들의 구현에 대한 1차원 또는 2차원의 센싱 디바이스의 기하적 배치에 대한 아키텍처를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양상은 이미지 센서 소자를 제공하는 바, 상기 이미지 센서 소자는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 형성되며 방사에 투명한 절연 층과, 상기 절연 층 상에 투명한 저항성 물질 층으로서 형성된 전극과, 상기 저항성 층의 한 에지에 인접한 제 1 접촉부와, 상기 반도체 기판과 반대의 도전성을 갖고, 상기 제 1 접촉부에 인접하여 위치되며 상기 제 1 접촉부의 전위보다 높은 전위로 바이어스되는 반도체 기판 내의 제 1 확산 영역과, 상기 반도체 기판과 반대의 도전성을 갖고, 제 2 접촉부에 인접하여 위치되며 상기 제 2 접촉부의 전위보다 높은 전위로 바이어스되는 반도체 기판에 반대의 도전성인 반도체 기판 내의 제 2 확산 영역과, 상기 제 1 접촉부와 상기 제 2 접촉부 사이에 전위를 인가하는 수단과, 그리고 상기 제 1 및/또는 제 2 확산 영역들 상에서 전하를 판독하는 수단을 포함한다.
상기 이미지 센서 소자의 보다 바람직하고, 이득을 가지는, 대안적인 특성들이 종속항 2 내지 14항에서 개시 및 주장되는 바, 이는 다음과 같다.
반도체 기판-이 기판의 표면은 계속하여 전기적으로 공핍된다- 위에 생성되는 절연 층의 상부에 저항성, 투명한 전극들로 구성된 이미지 센서가 제공된다. 상기 전극은 둘 이상의 접촉부들을 구비하는 바, 이러한 접촉부에 의하여 상기 전극은 변조 파장의 주파수에 동기하여 동작하는 다수의 클록 전압들에 접속될 수 있다. 상기 전극에서 그리고 반도체 기판에서, 측부 전기장이 생성되어 상기 반도체 내의 광발생 전하 쌍들을 상기 접촉부들에 인접한 개별적인 확산부들에 분리하여 전송한다. 상기 확산부들에 광전하를 반복적으로 저장 및 축적함으로써, 전기 신호들이 발생되어 후속적인 상기 변조 파장의 국부적 위상 쉬프트, 진폭 그리고 오프셋의 결정을 위하여 판독된다.
본 발명의 제 2 양상에서, 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스가 제공되는 바, 상기 디바이스는 1차원 또는 2차원 어레이의 이미지 센서 소자들로 구성되는 이미지 센서와, 각 이미지 센서 소자는 본 발명에 따른 이미지 센서이며; 입사 파장의 변조 주파수에 동기하여 상기 이미지 센서 소자 전극들 각각 위의 접촉부들에 시간 의존 전압 패턴을 공급하여, 광전하들을 이 광전하들이 축적되는 대응하는 확산부들에 측부로 전송하는 신호 발생기와; 그리고 상기 입사된 변조 파장의 변조 파라미터들을 계산하는데 사용하기 위하여 상기 확산부들 상의 전하들을 판독하는 판독 수단을 포함한다.
상기 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스의 보다 바람직하고, 이득을 가지는, 대안적인 특성들이 종속항 16 내지 18항에서 개시 및 주장되는 바, 이는 다음과 같다.
본 발명에 따른 복조화는 몇 가지 측부에서 기존의 디바이스에 관한 단점들을 경감하는 바: 광발생 전하 캐리어들을 상기 저장 사이트들로 보다 빠르게 전송하기 위한 측부 전기장의 명시적인 사용을 통하여, 상기 변조 및 복조 주파수가 상승될 수 있다는 점이다. 상기 디바이스는 단지 두 개의 소자들로 구성되는 바: 상기 접촉된 저항성있는 투명한 전극, 및 상기 전하 저장 사이트들이고, 이는 전기적 스위치들에 대한 필요성을 제거한다. 그러므로, 상기 디바이스는 동작하기에 보다 단순해지는 바, 이는 CCD들과는 다르게 어떤 타이밍 및 전압 형상화의 제한점들이 고려될 필요가 없기 때문이다. 예를 들어, 그의 가장 간단한 구현에서, 단지 하나의 디지털 클록 신호가 적합한 동작에 충분하다. 상기 디바이스는 표준 CMOS 공정 기술을 사용함으로써 간단하게 제조되는 바, 이는 어떤 중첩된 폴리실리콘 전극들 또는 매입된 채널들이 특정한 CCD들과는 다르게 요구되지 않기 때문이다.
본 발명의 제 3 양상에서 변조된 파장의 검출 및 복조 방법이 제공되는 바, 상기 방법은:
a) 변조된 파장을 가지는 본 발명에 따른 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스의 이미지 센싱 소자들의 어레이를 조명하는 단계와;
b) 상기 변조 주파수의 각 주기를 다수의 간격들로 분할하는 단계와;
c) 각 시간 간격동안 개별적인 접촉부 및 대응하는 확산 영역을 제공하는 단계와;
d) 각 시간 간격 동안 광발생 전하를 상기 대응하는 확산 영역들에 전송하고 상기 전하를 상기 확산 영역들에 저장하는 단계와;
e) 상기 확산 영역들로부터 저장된 전하들을 판독하는 단계와;
f) 상기 확산 영역들로부터 판독된 전하들로부터 복조 파라미터들을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 4 양상에서, 반사적인 객체의 3차원 형상을 결정하는 방법이 제공되는 바:
a) 변조된 광 소스를 가지는 객체를 조명하는 단계와;
b) 상기 객체로부터 반사된 광을 변조된 파장을 검출 및 복조하는 디바이스의 이미지 센서 소자들의 어레이 상에 이미징하여, 그의 국부적 위상이 상기 객체로부터 상기 검출 디바이스에 대한 국부적 거리를 나타내는 변조 파장의 2차원 강도를 형성하는 단계와;
c) 상기 변조 주파수의 각 주기를 다수의 시간 간격들로 분할하는 단계와;
d) 각 시간 간격 동안 개별적인 접촉부 및 대응하는 확산 영역을 제공하는 단계와;
e) 각 시간 간격 동안 광발생 전하를 상기 대응하는 확산 영역들에 전송하고 그 전하들을 상기 확산 영역에 저장하는 단계와;
f) 상기 확산 영역들로부터 저장된 전하를 판독하는 단계와;
g) 상기 어레이에서 입사된 상기 변조 파장의 국부적 위상을 계산하는 단계와;
h) 국부적 위상 정보를 이용하여 상기 객체의 3차원 형상을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 입사 광자들을 전자-전공(electron-hole) 쌍들로 변환하기 위하여 실리콘과 같은 반도체 물질을 사용한다. 보편성을 해치지 않으면서, 이러한 반도체 물질이 p-도핑된다고 가정되고, 그리고 상기 반도체 물질에서 소수 전하 캐리어들로서 전자들을 검출하는 것이 바람직하다. 모든 후속하는 설명들은 n-도핑된 반도체 물질에서 소수 캐리어들로서 광발생 전공들을 검출할 수 있도록 적합하게 변경될 수 있다.
상기 반도체 물질은 산업 표준 CMOS 공정에서 유효한 투명한 절연 층, 특히 산화물로 덮어진다. 이러한 절연체의 두께는 바람직하게는 1㎚ 내지 1㎛이다. 보다 얇은 절연체는 표면 전기장의 큰 부분이 상기 반도체 안에 존재하도록 하지만, 이러한 얇은 산화물은 제조하기 더욱 어렵다. 상기 절연체의 상부에, 투명하고, 10Ω/square 보다 큰 전기적 표면 저항성(sheet resistivity)을 가지는 저항성 물질로부터 형성된다. 이러한 전극의 실현을 위한 바람직한 물질은 다결정 실리콘이다. 상기 전극의 기하학적 형상은, 실제로 사각 형상이 바람직하지만, 임의적이다.
상기 전극은 스태틱이고 스위치가능한 전압 소스에 접속된 둘 이상의 접촉부들로 그들의 주변에 접촉한다. 상기 반도체 물질이 접지전위에서 유지되고, 그리고 상기 접촉부 전압이 양인 경우, 상기 실리콘-절연체 인터페이스는 역으로 유지되어서 그곳에 상기 광발생 전자들이 수집 및 전달될 수 있다.
상기 저항성 전극의 접촉부에 상이한 전압을 인가하여, 1975년 뉴욕 제이. 윌리 엔드 선스(J. Wiley and Sons)에서 발행된 "Classical Electrodynamics" 2판에서 제이.디. 잭슨(J.D. Jackson)의 의하여 설명되는 바와 같이, 정전기학의 법칙에 따라서 계산될 수 있는 전류의 2차원 분포 및 관련된 2차원 전위 분포를 유도할 것이다. 이러한 비균일한 전위 분포는 상기 절연체에 걸쳐서 작용하고, 반도체-절연체 인터페이스에서 대응하는 비균일한 전위 분포를 생성한다. 도 1은 단순한 일차원 경우, 상기 인터페이스에서 삼각 전위 분포를 야기하는 것을 예시한다. 그러한 비균일한 전위 분포는 전위의 음의 기울기에 의하여 주어지는(또는 일 실시예에서는 유도되는) 상기 반도체-절연체 인터페이스에 평행한 전기장의 존재에 관련된다. 전극의 주변에서 각 접촉부에 가까이에, 상기 실리콘 물질에 반대의 도전성 타입의 확산 영역이 생성된다. 이러한 확산들이 광전하의 수집 및 축적의 역할을 하기 때문에, 대응하는 전극 접촉부보다 높은 전위로 바이어스될 것이다. 도 1은 투명한 전열체(보통 산화물임)(O)의 상부 상에 저항성있는 투명한 전극(E)에 두 개의 전극 접촉부들(C1 및 C2)을 가지는 복조 디바이스의 단면도를 도시한다. C1과 C2 사이의 전압 차이는 전하 수집 확산부(D1 및 D2) 사이의 반도체-절연체 인터페이스에서의 측부의 삼각 형태의 전위 분포(x)를 가져온다. C1에서 전압이 C2에서보다 높으면, 광발생 전자들이 상기 삼각 표면 전위에 의하여 상기 확산부(D1)에 전송된다. 기판 접촉부(S)를 구비한 p-타입 반도체는 접지전위에서 유지된다. 상기 표면 근처의 반도체는 도 1에서 (DZ)로 도시된 공핍(depletion) 영역의 에지로 소모된다.
상기 확산부들 상의 광전하들은 도 2a에 도시된 전하 집적 회로와 같은 공지된 전자 회로들로 판독될 수 있다. 도 2a에 도시된 상기 전하 집적 회로는 용량성 피드백(C)을 구비한 연산 증폭기를 기초로하여, 그의 양의 입력 단자는 참조 전위(V1,2)에서 유지된다. 광전류(I)는 상기 감광 디바이스의 확산부로부터 시작하고, 이는 출력 전압(V)을 가져온다. 상기 집적 과정은 리셋될 수 있고, 스위치(SC)를 닫음으로써 0으로부터 시작될 수 있다. 도 2b는 액티브 픽셀 센서 회로의 대안적인 형태를 예시한다. 상기 입력 단자(UE)는 상기 감광 디바이스의 저장 확산부들 중 하나에 접속된다. 상기 저장 확산부의 캐패시턴스 상의 광전하에 의하여 발생된 전압은 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터(T)의 베이스에 작용한다. 상기 전하 집적 과정은 리셋 트랜지스터(TRS)로 참조 전압(UDC)에 리셋될 수 있다. 상기 소스 팔로워 트랜지스터(T)-그의 드레인은 상기 공급 전압(UDC)에 접속되고, 그의 소스는 로드 저항기(R)에 접속된다-는 상기 출력 전압(UA)을 생성한다.
입사 광은 투명한 전극 및 투명한 절연체를 통하여 상기 반도체 물질에 전달되고, 여기서 전자-전공 쌍들이 상기 반도체-절연체 표면 근처에 생성된다. 전자들은 상기 표면 근처의 공핍 영역의 전기장을 감지할 때까지 상기 반도체 물질을 통하여 확산되어, 상기 반도체-절연체 인터페이스로 이동하도록 강제된다. 이러한 인터페이스에서 겹쳐진 저항성 전극에 의하여 발생되는 강한 측부 전기장이 상기 전극 접촉부의 전위가 가장 높은 방향에서 상기 전자들을 스위프(sweep)한다. 상기 확산부는 근처에 매우 높은 전위를 가지기 때문에, 상기 전자들은 이러한 확산 영역에 이끌리게되어 여기서 상기 전자들이 저장 및 축적된다. 결과적으로, 상기 전극 아래의 모든 광전자들은 그들이 저장 및 축적되는 이러한 확산부에 빠르게 드리프트한다.
입사 광은 주기 T=1/f를 보이는 소정의 주파수 f로 임시적으로 변조된다. 본 발명에 따른 복조 디바이스의 동작을 위하여, 주기(T)는 둘 이상의 시간 간격들로 분할된다. 각 시간 간격동안, 전극 접촉부에서 다른 전압 구성이, 예를 들어 FPGA (field-programmable gate array)를 사용하는 적당한 전자 타이밍 회로로 발생된다. 각 전압 구성은 다른 전극 접촉부가 최고 전위를 갖는 특성을 가진다. 이러한 시간 간격동안, 광발생 전자들은 대응하는 저장 확산부로 이동되어, 여기서 상기 전자들이 저장 및 축적된다.
상기 확산부에 축적된 상기 광전하들이 전자적으로 판독되기 전에, 긴 전체 노출 시간 동안, 상술한 동작의 순서는 많은 주기동안 반복될 수 있다. 이에 의하여 상기 확산부에서 검출된 광전자들의 수가 증가되고, 또한 대응하는 신호-투-노이즈 비도 증가된다.
상술한 동작의 결과는, 각 저장 확산부에 대하여 하나씩인 둘 이상의 전자 신호 값들이 되고, 이들은 각기 전체 노출 시간의 끝에서 입수될 수 있다.
이러한 신호 값들은 그 후, 상기 변조 파라미터들을 계산하는데 사용된다, 즉 상기 요구되는 복조를 수행하는데 사용된다.
예를 들어, 상기 변조 주기의 반씩 차이나는 시간에서 변조된 파장으로부터 샘플링된 두 개의 신호값들(S1 및 S2)을 이용하여 식 P=arc sin((S1-S2)/(S1+S2))에 의하여 사인파로 변조된, 오프셋없는(offset-free) 입사 파장의 위상(P)이 계산된다.
다른 예에서, 상기 변조 주기의 1/4만큼씩 차이나는 시간에서 변조된 파장으로부터 샘플링된 4개의 신호들(S1, S2, S3, 및 S4)을 이용하여 식 P=arc tan((S4-S2)/(S1-S3))에 의하여 사인파로 변조된, 입사 파장의 위상(P)이 계산된다.
본 발명에 따른 다수의 검출 및 복조 디바이스들은 1차원 또는 2차원으로 배치될 수 있고, 이에 의하여 복조 라인 센서들 또는 복조 이미지 센서들이 야기된다. 상기 검출 및 복조 디바이스들 각각은 적어도 하기의 전자 접속들의 세트를 구비해야한다.
·전력 공급 전압 및 접지 전압
·변조 주파수에 동기하여 스위치되는 전극의 접촉부들 각각에 대한 한 입력 전압 라인
·신호가 판독되고 신규 노출 및 전하 축적 주기가 시작된 후에 전기 전하 검출 회로를 리셋하는 한 리셋 신호들
·리셋 동작 동안 방전된 저장소 및 축적 확산부들에 전위 값을 제공하는 한 리셋 참조 전압 라인
·신호들이 판독 및/또는 리셋되어야하는 픽셀들의 선택을 허용하는 한 픽셀 선택 라인
·대응하는 전하 저장 확산부에 접속된 각 전하 검출 회로에 대한 한 출력 신호
상기 픽셀 선택 라인은 복수의 픽셀들, 전형적으로 완전한 컬럼에 공통적인 하나 이상의 버스들에 출력된 신호들을 연결한다. 대안적으로, 확산부 신호들보다 적은 버스 라인들이 제공되고; 이러한 경우 역다중화(demultiplexing) 회로가 이러한 신호들을 유효한 버스들 상에 분포시킬 수 있다. 이에 의하여 상기 역다중화 회로를 제어하는 적당한 라인들을 각 픽셀에 제공할 필요가 있다.
상기 광전자들이 개별적인 전하 저장소 및 축적 확산부에 측부로 전달되는 전달 영역의 위치를 반도체-절연체 인터페이스로부터 상기 반도체의 벌크들 안으로 이동시킬 필요가 있다. 상기 방법은 매입된 채널 CCD에 의하여 알려져 있고, 1995년 Dord-recht Kluwer의 "Solid-state imaging with charge coupled devices"에서 A.J.P. Theuwissen에 의하여 설명된다. 이는 표면에 반대되는 토핑 타입의 반도체의 영역을 제조함으로써, 그리고 이러한 영역을 적당한 전압으로 완전히 공핍(deplete)함으로써 달성된다. 이러한 방식에서, 전송된 전하 캐리어들은 주요 전하 캐리어들이나, 이들이 완전히 공핍 반도체의 벌크로 이동하기 때문에, 매우 효과적인 전송 특성 및 적은 손실로 이득을 얻는다. 이러한 매입된 전송 채널에 대한 전형적인 깊이 값은 10 내지 1000nm 사이이다.
반도체의 밴드 갭에 인접한 에너지를 가지는 광자들로 구성된 파장에 대한 본 발명에 따른 검출 및 복조 디바이스의 감도를 강화시키는 것이 또한 필요하다. 긴 파장(실리콘에 대한 근적외선)을 가지는 광자들이 어떤 전기장도 일반적으로 도달하지 않는 상기 반도체 안으로 깊게 침투한다는 것이 공지되어 있다. 이러한 이유로, 광발생 전하는 전기장이 빠른 드리프트 전송에 유효한 표면에 도달하는 열적 확산 메카니즘에 의존하게 될 것이다. 상기 전송 시간이 평균적으로 이동하는 거리의 제곱에 의존하기 때문에, 상기 열적 확산 메카니즘은 느리다. 이러한 이유로 본 발명에 따른 복조 디바이스가 장파 광자들을 가지는 응용들에 대하여 또한 적합해지는 것이 바람직하다. 이는 상기 표면에 반대의 도핑 타입의 반도체 영역을 제조함으로써, 그리고 이러한 영역을 적합한 전압으로 공핍함으로써 달성된다. 이러한 방식에서, 상기 전송 전하 캐리어들은 주요 전하 캐리어들이나, 상술한 바와 같이 매입된 채널 CCD들로부터 공지된 이론들에 따라서, 이들이 완전히 공핍된 반도체의 벌크로 이동하기 때문에, 매우 효과적인 전송 특성 및 적은 손실로 이득을 얻는다. 픽셀 신호들을 제어 및 판독하는 완성된 회로들은 또한 그러한 반대의 도핑 타입 영역들에서 제조되어야한다. 이러한 영역들 모두는 전기적으로 접지 전위에 접속된다. 상기 반도체 기판은 p-타입 기판의 경우 몇 십 볼트의 높은 음 전위에 바이어스된다. 이러한 방식에서, 반도체 기판의 공핍 영역은 수십 마이크로미터의 깊이로 상기 반도체 벌크 안으로 깊게 확장된다. 이러한 모드에서, 상기 반도체 안으로 깊게 확장된 수직 전기장인 소위 "딥 공핍(deep depletion)"이 입사 광자들의 보다긴 파장에 대하여 또한 광발생 전하들의 빠르고 효율적인 드리프트 전송을 야기한다.
사인함수로 변조된 파장이 일정한 값의 신호에 의하여 중첩되지 않는 경우, 즉 상기 파장이 오프셋없는 경우, 복조 디바이스당 두 신호들을 측정하기 위하여 상기 변조 진폭 및 위상 지연의 추출에 적합하다. 그러한 복조 픽셀은 전극의 대향하는 면들 또는 코너들 상에 두 개의 접촉부들 및 두 개의 대응하는 전하 저장 및 축적 확산부들을 구비한 사각 전극으로서 실현되는 것이 바람직하다. 이러한 2-탭 디바이스의 단면도가 도 1에 도시된다.
이러한 디바이스는 하나 또는 두 개의 클록 신호들로 동작될 수 있다. 하나의 클록 신호로 이러한 디바이스를 동작하는 간단한 방법이 도 3a에 예시된다. 한 접촉부, 예를 들어 C1은 일정한 중간 전압 레벨에서 유지되고, 반면에 다른 접촉부(C2)는 고 전압과 저 전압 레벨 사이에서 스위치되는 클록 신호에 접속된다. 상기 클록 주기의 전반부(T1) 동안 상기 광전자는 왼쪽 전하 저장 및 축적 확산부(D1)로 이동하고, 상기 클록 주기의 하반부(T2) 동안 상기 광전자는 오른쪽 전하 저장 및 축적 확산부(D2)로 이동한다.
상기 디바이스는 또한 도 2b에 예시된 것과 같이 두 개의 반-위상(counter-phase) 클록 신호들로 동작될 수 있다. 상기 접촉부들(C1 및 C2)은 고 전압과 저 전압 레벨 사이에서 스위치되는 두 개의 개별적인 클록 신호들에 접속된다. 상기 디바이스에 필요한 측부 전기장을 제공하기 위하여, 상기 클록 신호들은 하나의 클록 신호는 그의 고 전위 레벨에 존재하고 동시에 나머지 한 클록 신호는 그의 저 전위 레벨에 존재하도록 선택되어야한다. 대향하는 위상에 있는 두 개의 클록 신호들은 단지 하나의 클록 신호의 경우보다 2배 큰 전기장을 발생하고, 이에 의하여 상기 전하 캐리어들은 상기 개별적인 전하 저장 및 축적 확산부들(D1 및 D2)에 두배의 속도로 이동한다.
일반적인 경우, 사인파로 변조된 파장은 3개의 값들의 각 위치에서 특성을 가지는 바, 변조 진폭, 위상 지연 및 오프셋 값이다. 이러한 이유로, 그러한 일반적인 변조된 파장에 대한 상기 검출 및 복조 픽셀은 상기 전극들 상의 적어도 3개의 접촉부들, 3개의 대응하는 전하 저장 및 축적 확산부들, 및 변조 주파수의 주기당 3번 변화시키는 3개의 클록 신호를 요구한다. 3개의 신호들 대신에 4개의 신호가 사용되는 경우, 복조 방정식은 특히 간단해지고, 이를 이유로 본 발명에 따른 4-탭 디바이스는 바람직한 실시예를 나타낸다. 그러한 4-탭 픽셀들의 3개의 예들이 도 4에 도시되는 바, 최소 사이즈의 정사각으로서 또는 연장된 구조로서 상기 접촉부들을 제조하고, 사각 전극의 4개의 면들 상에 확산부들을 제조하고, 사각 전극의 코너들에 확산부들을 제조하고, 그리고 전극의 같은 면 상에 다수의 확산부들을 제조하는 가능성들을 예시한다. 상기 전극의 형상은 임의적이지만, 실제상의 이유에 의하여, 사각 형상이 반도체 기술에서 바람직하다. 도 4는 전극(E) 상에 네 개의 접촉부들(C1, C2, C3, 및 C4)과 대응하는 저장 확산부들(D1, D2, D3 및 D4)을 구비한 복조 디바이스의 바람직한 실시예를 도시한다(상면도). 도 4a는 사각 전극(E)의 4개의 면들에 위치한 저장 확산부들을 도시하고, 도 4b는 사각 전극(E)의 코너들에 위치한 저장 확산부들을 도시하고, 그리고 도 4c는 사각 전극의 두 면들 상에 각기 두 개씩 위치한 저장 확산부들 도시한다. 4-탭 복조 픽셀에서 측부 드리프트 필드를 생성하는 전압 신호들의 바람직한 구현이 다음의 표에 예시된다.
| V1 | V2 | V3 | V4 | |
| T0 | H | I | L | I |
| T1 | I | H | I | L |
| T2 | L | I | H | I |
| T3 | I | L | I | H |
하나의 전하 수집 및 축적 순서의 전체 주기(T)의 1/4동안 지속되는 4개의 시간들(T1, T2, T3 및 T4) 동안, 상이한 전압 패턴(V1, V2, V3 및 V4)이 상기 4개의 접촉부들(C1, C2, C3 및 C4)에 인가된다. 상기 표에서 H는 고 전압 레벨을 나타내고, L은 저 전압 레벨을 나타내고, 그리고 I는 H와 L 사이의 중간 전압 레벨을 나타낸다. 대응하는 확산부가 특정 시간 동안 전하들을 수집하는 접촉부는 최고 전압을 수신한다. 상기 수집 접촉부에 대향하는 접촉부는 최저 전압을 수신한다. 나머지 두 개의 접촉부들은 전형적으로 상기 최고와 최저 전압 사의의 반인 중간 전압을 수신한다. 이러한 방식에서, 최대 측부 전기장이 상기 전극 아래서 생성된다. 상기 접촉부들에 인가되는 전압 신호들은 상기 변조 주파수와 같은 주기를 가지고, 그리고 각 전압 신호는 마스터 신호의 위상-지연된 것과 같다. 이러한 신호들은 계단 함수들일 필요는 없고, 모든 접촉부 신호들은 각 접촉부 사이의 주기의 1/4의 위상 지연을 가지는 사인파가 되는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따른 일반적인 검출 및 복조 디바이스는 하나 이상의 전극들로 구성되고, 각기 두 개 이상의 접촉부들 및 같은 수의 대응하는 확산부들을 구비한다. n개의 접촉부들 및 n개의 대응하는 확산부들(n-탭 복조 픽셀)을 구비한 한 전극의 경우, 변조 파형이 n개의 파라미터들로 묘사되는 입사 변조 파장들을 검출 및 복조하는 것이 가능하다. 그러한 예에서, 복조는 적합한 진폭을 가지는 n/2개의 사인 신호들 및 적합한 진폭을 가지는 n/2개의 코사인 신호들의 선형 조합인 파형이다. 200년 뉴저지 프렌티스 홀(Prentice Hall)의 "A First Course in Fourier Analysis"에서 D.W. Kammler에 의하여 설명되는 바와 같이, n-탭 복조 픽셀은 불연속 푸리에 변환에 의해 수학적으로 수행되는 복조 동작에 필요한 모든 신호들을 수집한다.
완전한 4-탭 복조 이미지 센서의 바람직한 실시예가 도 5에 예시된다. 상기 예시적인 픽쳐 소자(픽셀)가 도 5에 도시된다. 상기 센싱 소자의 저장 확산부들(D1 내지 D4)의 각각은 소스 팔로워 트랜지스터(S1 내지 S4)의 게이트에 접속되고, 그들의 드레인은 공급 전압(VS)에서 유지된다. 상기 확산부들은 상기 리셋 신호 라인(VR)을 사용하여, 리셋 트랜지스터들(R1 내지 R4)을 가지는 참조 전위(VD)에 리셋될 수 있다. 상기 소스 팔로워 트랜지스터들은 행(row) 선택 트랜지스터들(T1 내지 T4)을 가지고 행에서 모든 픽셀들에 공통된 버스 라인들(V1 내지 V4)에 접속된다. 행 선택 트랜지스터들은 상기 행 선택 신호 라인(RS)의 제어하에서 상기 소스 팔로워 트랜지스터들로부터 상기 버스 라인들로 신호들을 통과시킨다. 적절한 전기 접지 전위를 각 픽셀에 제공하기 위하여, 모든 픽셀들에 공통된 접지 라인(G)이 사용된다.
도 6은 이러한 기본 픽셀들(P)이 어떻게 완전한 복조 이미지 센서의 액티브 이미지 센싱 부분(IS)에서 2차원 방식으로 배치되는지를 예시한다. 픽셀들의 각 행에 대한 행 선택 신호들이 행 선택 어드레스 발생기에 의하여 제공된다. 모든 픽셀들에 대한 상기 리셋 전압(VR)이 리셋 신호 발생기에 의하여 제공된다. 각 픽셀의 4개의 전극 접촉부들이 수직 접촉부 신호 라인(C1 내지 C4)으로부터 그들의 신호들을 획득하고, 이는 전극 접촉부 전압 패턴 발생기에 의해 구동된다. 그들의 어드레스가 상기 행 선택 어드레스 선택기에 의하여 선택되는 행에서의 모든 픽셀들은 그들의 확산 소스 팔로워의 출력 신호들을 상기 수직 신호 라인들(V1 내지 V4)에 공급한다. 각 수직 신호 라인(V1 내지 V4)은 액티브 로드 트랜지스터들(B1 내지 B4)로 단자되고, 그들의 게이트는 공통된 바이어스 전압(VB)에서 유지된다. 상기 수직 신호 라인들(V1 내지 V4)의 전압 신호들은 상기 컬럼 증폭기(A1 내지 A4)에 의하여 증폭된다. 이러한 증폭기는 다중플렉스 트랜지스터(M1 내지 M4)를 통하여 그들의 신호들을 공통된 다중플렉스된 판독 라인(MX)안으로 공급한다. 상기 다중플렉스 트랜지스터(M1 내지 M4)는 컬럼 선택 어드레스 발생기에 의하여 스위치 온 또는 스위치 오프된다. 상기 라인(MX) 상의 신호는 증폭기(AA)에 의하여 증폭되어 상기 출력 라인(O)에 전달된다.
본 발명은, 예를 들어 비행 시간(time-of-flight) 범위 기술에 따라서 객체의 3차원 형상의 광학적 측정에 대하여 사용될 수 있는 바, 이러한 기술은 2001년 3월 1일, IEEE J. Quantum 5 Electronics의 Vol. 37 (3), 390-397의 "Solid State Time-of-Flight Range Camera"에서 R. Lange and P. Seitz에 의하여 설명되고, 이내용은 본 명세서에 참조로서 인용되었다. 객체는 변조된 광 소스로 조명되고, 반사광은 본 발명에 따른 2차원 검출 및 복조 디바이스 상에서 광학적 이미징 렌즈들로 이미징된다. 상기 반사광은 2차원 변조된 파형의 강도를 형성하고, 그의 국부적 위상 지연은 상기 객체의 국부적 거리에 관한 정보를 상기 검출 및 복조 디바이스에 제공하는 바, 이는 빛이 공기를 통해 약 c=3108m/s의 유한 속도로 이동하기 때문이다. 본 발명은 입사된 변조 파형의 모든 변조 파라미터들, 특히 국부적 위상 지연(t)의 측정을 허용한다. 이러한 측정을 통하여, 상기 객체의 국부적 거리(L), 그리고 또한 그의 3차원 형상이 식 L=ct/2에 따라서 결정된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 특성들이 하기에 설명된다.
1. 하기의 특성들을 가지는 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스:
·센싱 소자들의 1차원 또는 2차원 배치를 구성하는 이미지 센서
·각 센싱 소자는 파장의 입사 광자들을 전하 캐리어로 변환하는 하나 이상의 감광 부분들로 구성된다. 각 감광 부분은 중첩되는 저항성 전극 층을 구비하고, 하나 이상의 접촉부들을 구비하고, 측부 전기장들이 광전하의 측부 전송 동안 생성된다. 저장 소자는 각 접촉부에 가까이 위치되고, 상기 저장 소자는 입사 파장으로부터 보호되고, 여기서 광전하가 수집, 축적 및 저장된다.
·각 저장 소자는 전자 판독 회로를 구비하고, 이를 통하여 상기 저장된 광전하 신호가 액세스 및 판독될 수 있다.
·각 저장 소자는 리셋 스위치를 구비하고, 이를 통하여 상기 저장 소자에서 전압이 참조 전압으로 리셋될 수 있다. 가상 참조 전압에서 상기 저장 소자가 유지되는 동안 상기 광전류를 측정하는 판독 회로의 경우에서, 그러한 어떤 리셋 스위치도 요구되지 않는다.
·전자 발생기는 시간 의존(time-dependent) 전압 패턴들을, 상기 입사 파장의 변조 주파수와 동기하여, 상기 접촉부들에 공급하고, 이에 의하여 상기 생성된 광전하가 대응하는 저장 소자들에 측부로 전송되고, 여기서 상기 광전하는 상기 변조 주파수의 하나 이상의 주기 동안 수집 및 축적된다. 이러한 축적된 광전하 신호들은 그 후 판독되고, 그리고 그들이 상기 입사된 변조 파장의 변조 파라미터들의 계산에 사용된다.
·전자 발생기는 신호들을 상기 광전하 신호들의 연속적인 판독에 요구되는 센싱 소자들 및 그들의 판독 회로에 공급한다.
2. 상기 1에서 설명된 것과 같은 디바이스에서, 상기 감광 부분은 투명한 절연 층에 의하여 덮어진, 한 조각의 반도체 물질로서 구현될 수 있고, 상기 반도체 물질의 상부에 투명한 저항성 전극이 위치되고, 전기 접촉부들이 다른 위치에 제조되고, 이에 의하여 전류가 한 접촉부에서 다른 접촉부로 통과할 수 있다. 상기 반도체 물질에서, 확산부들이 상기 전기 접촉부 위치들에 인접하여 제조되고, 반대의 도전성 타입으로 상기 반도체 물질보다 높게 도핑된 영역들로서 실현된다.
3. 상기 1 또는 2에서 설명된 것과 같은 디바이스에서, 상기 감광 부분은 반도체 기판의 표면에서 반도체 층으로 구현되고, 상기 반도체 기판 물질과 반대의 도전성 타입이며, 상기 표면은 전체적으로 공핍되도록 전압으로 바이어스된다.
4. 상기 3에서 설명한 것과 같은 디바이스에서, 상기 감광 부분 및 모든 전자 회로들은 반도체 표면에서 반도체 층들로 구현되고, 이러한 반도체 층들 모두는 접지 전위에 접속되고, 상기 반도체 기판은 상기 반도체 기판에 소위 딥 공핍 층을 형성하는 전압에 접속된다. p-타입 반도체 기판에 대하여, 상기 기판 전압은 큰 음의 값일 수 있고, n-타입 반도체 기판에 대하여 상기 기판 전압은 큰 양의 값일 수 있다.
5. 상기 1 내지 4에서 설명한 것과 같은 디바이스에서, 상기 판독 전자부품들은 액티브 픽셀 센서(APS) 이미지 센서들로부터 공지된 것과 같은, 픽셀-선택 트랜지스터를 구비한 소스-팔로워로서 구현될 수 있다.
6. 대안적으로, 상기 1 내지 4에서 설명한 것과 같은 디바이스에서, 상기 판독 전자부품은 픽셀-선택 트랜지스터를 구비한 리셋가능한 전하-증폭기로서 구현될 수 있거나, 또는 상기 저장 소자에서 광전류를 측정하는 픽셀-선택 트랜지스터를 구비한 트랜스컨덕턴스 증폭기로서 구현될 수 있다.
7. 상기 1 내지 6에서 설명한 것과 같은 디바이스를 사용하여 변조된 파장의 검출 및 복조 방법에서
·파장이 상기 검출 및 복조 소자들 상으로, 직접 또는 광학 소자들을 통하여 입사된다.
·상기 파장은 상기 검출 및 복조 소자들의 감광 부분들에서 광전하를 생성하고, 그 수들은 순간적으로 변화하는 파장의 강도에 의존한다.
·상기 변조 주파수의 각 주기는 일시적 간격들로 분리되고, 이들 각각에 대하여 개별적인 접촉부 및 저장 확산부가 유효하다. 각 일시적 간격 동안, 광발생 전하가 대응하는 저장 소자로 전달되고, 여기서 상기 광전하가 수집, 축적 및 저장된다. 광전하 전달은 접촉부들에서 전압들에 의하여 제공되고 따라서 저항성 전극 층에 생산되는 측부 전기장의 흐름하에서 발생한다. 이러한 전압들은 상기 변조 주파수와 동기하여 기능하는 전압 발생기에 의하여 발생될 수 있다. 상기 전압은 상기 전극이 모든 전극들 중 최고의 유인 전압으로 공급되도록 발생되어, 그들의 대응하는 저장 소자안으로 광전하가 전송될 것이다. 상기 저장 소자들을 보다더 유인하는 바이어스 전압-이 전압은 주기적인 리셋 및 바이어스 동작들을 수행하는 리셋 스위치들을 통하여 제공될 수 있다-으로 상기 저장 소자를 바이어스함으로써 광전하가 상기 전극으로부터 인접한 저장 소자들에 전송된다.
·제 1 위상에서, 광전하는 입사 파장의 변조 주파수의 하나 이상의 주기 동안 상기 대응하는 저장 소자들에 반복적으로 수집 및 저장된다.
·제 2 위상에서, 상기 저장된 광전하는 상기 전자 판독 회로들을 제공되는 저장 소자들에 사용함으로써, 연속적으로 판독된다. 상기 판독되는 저장된 전하들은 상기 입사된 변조 파장의 변조 파라미터들이 평가 유닛에 의하여 계산될 수 있는 신호들을 나타낸다.
8. 상기 7에서 설명된 것과 같은 방법을 사용하여, 반사적인 객체의 3차원 형상이 결정될 수 있다. 객체는 변조된 광 소스에 의하여 조명되고, 반사된 광은 상기 1 내지 6에서 설명된 2차원 검출 및 복조 디바이스 상의 광학 이미지 렌즈들로 이미징된다. 상기 반사광은 변조된 파장의 2차원 강도를 형성하고, 이의 국부적 위상은 상기 객체의 상기 검출 및 복조 디바이스와의 국부적 거리에 관한 정보를 전달한다. 이러한 방법은 특정한 국부적 위상에서 입사 변조 파장의 모든 변조 파라미터들의 측정을 허용한다. 이러한 파라미터들로, 상기 객체에 대한 국부적 거리 및 그의 3차원 형상이 결정될 수 있다.
Claims (22)
- 반도체 기판과;상기 반도체 기판 상에 형성되며 방사에 투명한 절연 층과;상기 절연 층 상에 투명한 저항성 물질 층으로서 형성된 전극과;상기 저항성 층의 한 에지에 인접한 제 1 접촉부와;상기 반도체 기판과 반대의 도전성을 갖고, 상기 제 1 접촉부에 인접하여 위치되며 상기 제 1 접촉부의 전위보다 높은 전위로 바이어스되는 반도체 기판 내의 제 1 확산 영역과;상기 반도체 기판과 반대의 도전성을 갖고, 제 2 접촉부에 인접하여 위치되며 상기 제 2 접촉부의 전위보다 높은 전위로 바이어스되는 반도체 기판에 반대의 도전성인 반도체 기판 내의 제 2 확산 영역과;상기 제 1 접촉부와 상기 제 2 접촉부 사이에 전위를 인가하는 수단과; 그리고상기 제 1 및/또는 제 2 확산 영역들 상에 전하를 판독하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 저항성 층은 사각형인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 2항에 있어서,각기 자신들에 인접한 확산 영역들을 가지는 4개의 접촉부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 접촉부들은 각 면에 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 접촉부들은 각 코너에 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 3항에 있어서,두 개의 접촉부들이 두 개의 대향하는 면들 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 저항성 층은 정사각형인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 절연 층은 1nm 내지 1㎛ 두께인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 전극은 10Ω/square 이상의 표면 저항성을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 소자의 감광 부분은 상기 기판의 표면에 반도체 층으로 구현되고, 상기 기판 표면의 반도체 층은 상기 기판에 반대되는 도전성이고, 상기 소자는 상기 표면의 반도체 층을 전체적으로 공핍되도록 바이어스하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 판독 수단은 픽셀 선택 트랜지스터를 구비한 소스 팔로워로서 구현되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 판독 수단은 픽셀 선택 트랜지스터를 구비한 리셋가능한 전하 증폭기로서 구현되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 판독 수단은 상기 제 1 및 제 2 확산 영역들에서 광전류를 측정하기 위한 픽셀 선택 트랜지스터를 구비한 트랜스컨덕턴스 증폭기로서 구현되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 판독 수단은 상기 표면 반도체 층에서 구현되고, 상기 표면 반도체 층은 접지 전위에 접속되도록 배치되고, 그리고 상기 반도체 기판은 상기 기판에 딥 공핍 층을 생성하도록 전위에 접속되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자.
- 1차원 또는 2차원 어레이의 이미지 센서 소자들로 구성되는 이미지 센서와, 여기서 각 이미지 센서 소자는 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에서의 이미지 센서이며;입사 파장의 변조 주파수에 동기하여 상기 이미지 센서 소자 전극들 각각의 접촉부들에 시간 의존 전압 패턴을 공급하여 광전하들을 이 광전하들이 축적되는 대응하는 확산부들에 측부로 전송하는 신호 발생기와; 그리고상기 입사된 변조 파장의 변조 파라미터들을 계산하는데 사용하기 위하여 상기 확산부들 상의 전하들을 판독하는 판독 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스.
- 제 15항에 있어서,광전하들이 상기 입사 파장의 변조 주파수의 다수의 주기들에 걸쳐서 축적되는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스.
- 제 16항에 있어서,상기 변조 주파수의 각 주기는 다수의 시간 간격들로 분할되고;개별적인 접촉부들 및 확산 영역이 각 시간 간격 동안 각 이미지 센서 소자에 제공되는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스.
- 제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,상기 확산부들로부터 판독된 전하로부터 입사 파장의 변조 파라미터를 계산하는 평가 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 디바이스.
- a) 변조된 파장을 가지는 제 17항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 디바이스의 이미지 센싱 소자들의 어레이를 조명하는 단계와;b) 변조 주파수의 각 주기를 다수의 간격들로 분할하는 단계와;c) 각 시간 간격동안 개별적인 접촉부 및 대응하는 확산 영역을 제공하는 단계와;d) 각 시간 간격 동안 광발생 전하를 상기 대응하는 확산 영역들에 전송하고 상기 전하를 상기 확산 영역들에 저장하는 단계와;e) 상기 확산 영역들로부터 저장된 전하들을 판독하는 단계와;f) 상기 확산 영역들로부터 판독된 전하들로부터 복조 파라미터들을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 방법.
- 제 19항에 있어서,전하들이 상기 변조 주파수의 하나 이상의 주기에 걸쳐서 상기 확산 영역들에 축적되는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 방법.
- 제 19항 또는 제 20항에서,상기 파장이 광학 소자들에 의하여 상기 어레이 상에 입사되는 것을 특징으로 하는 변조된 파장의 검출 및 복조 방법.
- a) 변조된 광 소스를 가지는 객체를 조명하는 단계와;b) 상기 객체로부터 반사된 광을 제 17항 내지 제 20항 중 어느 한 항에서의 디바이스의 이미지 센서 소자들의 어레이 상에 이미징하여, 국부적 위상이 상기 객체로부터 상기 검출 디바이스에 대한 국부적 거리를 나타내는 변조 파장의 2차원 강도를 형성하는 단계와;c) 상기 변조 주파수의 각 주기를 다수의 시간 간격들로 분할하는 단계와;d) 각 시간 간격 동안 개별적인 접촉부 및 대응하는 확산 영역을 제공하는 단계와;e) 각 시간 간격 동안 광발생 전하를 상기 대응하는 확산 영역들에 전송하고 그 전하들을 상기 확산 영역에 저장하는 단계와;f) 상기 확산 영역들로부터 저장된 전하를 판독하는 단계와;g) 상기 어레이에서 입사된 상기 변조 파장의 국부적 위상을 계산하는 단계와;h) 국부적 위상 정보를 이용하여 상기 객체의 3차원 형상을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사적인 객체의 3차원 형상을 결정하는 방법.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011099759A3 (en) * | 2010-02-12 | 2011-11-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor and operating method |
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| CN109814083A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-05-28 | 深圳市光微科技有限公司 | 电流辅助光子解调型像素单元、背照式图像传感器芯片、成像系统、形成方法和测算方法 |
| CN114363539A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 爱思开海力士有限公司 | 模数转换器，图像传感器及其操作方法 |
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2003
- 2003-06-05 KR KR10-2004-7020807A patent/KR20050023321A/ko not_active Application Discontinuation
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