KR20140002366A - 거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치를 이용한 거리 측정 방법 - Google Patents

Abstract

거리 측정 장치의 동작 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 동작 방법은, 센싱 전압을 리셋시키기 위한 셔터 동작 시에 이에 상응하는 펄스 폭을 갖는 가상 마스크 신호를 생성하고, 상기 마스크 신호를 이용하여 광 검출 제어 신호를 상기 펄스 폭 동안 마스킹한다. 상기의 마스킹을 통해 광 검출 제어 신호와 리셋 신호 사이의 커플링으로 인한 리셋 전압 레벨의 저하를 방지할 수 있다. 리셋 전압 레벨 저하를 방지함으로써, 센싱 노드를 충분히 리셋시킬 수 있어 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 전술한 마스크 신호를 생성하여 광 감도를 향상시킬 수 있는 거리 측정 장치를 제공한다.

Description

거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치를 이용한 거리 측정 방법{Depth measurement device and method of measuring a distance to an object using the depth estimation device}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 거리 센서에 관한 것으로, 특히 TOF(time-of-flight) 원리를 이용한 거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치의 동작 방법에 관한 것이다.

센서는 대상물의 상태를 파악하여 이를 전기 신호로 변환하여 전달하는 소자이다. 센서의 종류로는 빛 센서, 온도 센서, 압력 센서, 자기 센서, 및 거리 센서(depth sensor) 등 다양하다. 그 중 TOF 방식의 거리 센서는 광원으로부터 투사된 광 신호가 피사체(예컨대, 측정 대상물)에 의해, 반사되어 되돌아 왔을 때의 지연 시간 또는 위상을 측정하여 피사체까지의 거리를 산출한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3차원 거리 측정 데이터의 정확성을 높일 수 있는 거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 거리 동작 방법은, 피사체에 광 신호를 방사하고, 상기 피사체로부터 제공되는 반사 광 신호와의 위상 차이를 검출하여 거리를 측정한다. 상기 광 신호 방사를 제어하기 위한 제1 광 검출 제어 신호를 생성한다. 적어도 이전 프레임 동작 동안의 센싱 전압 레벨을 리셋하기 위한 셔터링 동작 구간 동안 제1 전압 레벨을 갖는 마스크 신호를 생성한다. 상기 마스크 신호를 이용하여 상기 제1 광 검출 제어 신호가 상기 셔터링 동작 구간 동안 마스킹된 제2 광 검출 제어 신호를 생성한다.

상기 거리 측정 방법은, 검출된 상기 위상 차와 리셋 전압 레벨을 이용한 상호 연관된 이중 샘플링(CDS) 방식을 통해 이루어질 수 있다.

상기 마스크 신호는 적어도 상기 리셋 전압 레벨 측정을 위한 제1 리셋 제어 신호의 온 구간 동안 상기 제1 전압 레벨을 유지할 수 있다.

상기 상호 연관된 이중 샘플링 방식은, 상기 반사 광 신호에 의한 전압 레벨을 검출하는 제1 구간과, 센싱 노드를 리셋하기 위해 제어하는 제2 리셋 제어 신호가 상기 제1 전압 레벨을 갖는 제2 구간과, 상기 센싱 노드로부터 리셋 전압을 검출하는 제3 구간을 가질 수 있다.

상기 마스크 신호는 적어도 상기 제1 내지 제3 구간 동안 상기 제1 전압 레벨을 유지할 수 있다.

상기 거리 측정 방법은, 상기 제2 광 검출 제어 신호를 생성하는 단계 후, 상기 제2 광 검출 제어 신호를 이용하여 상기 광 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 장치는, 피사체에 광 신호를 방사하고, 상기 피사체로부터 제공되는 반사 광 신호와의 위상 차이를 검출하여 거리를 측정한다. 상기 거리 측정 장치는 타이밍 컨트롤러, 포토 게이트 컨트롤러 및 픽셀 어레이를 포함한다.

상기 타이밍 컨트롤러는 상기 광 신호 방사를 제어하기 위한 제1 광 검출 제어 신호와 적어도 이전 프레임 동작 동안의 센싱 전압 레벨을 리셋하기 위한 셔터링 동작 구간 동안 제1 전압 레벨을 갖는 마스크 신호를 생성한다. 상기 포토게이트 컨트롤러는 상기 마스크 신호를 이용하여 상기 제1 광 검출 제어 신호가 상기 셔터링 동작 구간 동안 마스킹된 제2 광 검출 제어 신호를 생성한다. 상기 픽셀 어레이는 상기 제2 광 검출 제어 신호에 응답하여 상기 반사 광 신호를 센싱하는 픽셀을 복수 개 포함한다.

상기 거리 측정 장치는 상기 타이밍 컨트롤러로부터 로우 제어 신호를 제공받아 디코딩된 로우 어드레스를 발생하여 상기 픽셀 어레이의 로우를 선택하며, 상기 디코딩된 로우 어드레스를 상기 포토 게이트 컨트롤러로 제공하는 로우 디코더를 더 포함할 수 있다.

상기 포토 게이트 컨트롤러는, 상기 디코딩된 로우 어드레스, 상기 제1 광 검출 제어 신호 및 상기 마스크 신호를 논리 연산하여 상기 제2 광 검출 제어 신호를 생성할 수 있다.

상기 거리 측정 장치는, 상기 픽셀 어레이로부터 검출된 상기 위상 차와 리셋 전압 레벨을 이용하여 상호 연관된 이중 샘플링(CDS)을 실시하는 상호 연관된 이중 샘플링 부를 더 포함할 수 있다.

상기 마스크 신호는 적어도 상기 리셋 전압 레벨 측정을 위한 제1 리셋 제어 신호의 온 구간 동안 상기 제1 전압 레벨을 유지할 수 있다.

상기 상호 연관된 이중 샘플링부는, 제1 동작 구간에서 상기 반사 광 신호에 의한 전압 레벨을 검출하고, 제2 동작 구간에서 센싱 노드를 리셋하기 위해 제어하는 제2 리셋 제어 신호가 상기 제1 전압 레벨을 갖도록 하며, 제3 동작 구간에서 상기 센싱 노드로부터 리셋 전압을 검출할 수 있다.

상기 마스크 신호는 적어도 상기 제1 내지 제3 동작 구간 동안 상기 제1 전압 레벨을 유지할 수 있다.

상기 상호 연관된 이중 샘플링부는 아날로그 신호를 출력하며, 상기 거리 측정 장치는 상기 상호 연관된 이중 샘플링부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 상호 연관된 이중 샘플링부는 디지털 신호를 출력할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 거리 센서 및 거리 측정 방법은 센서 내의 신호 라인 간 커플링에 의한 불완전한 리셋 발생을 억제함으로써 피사체와의 거리를 명확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 거리 센서의 동작 타이밍도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 거리 센서에서의 광 검출 제어 신호 라인과 제어 신호 라인 사이에서의 커플링 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 거리 센서의 픽셀에서의 신호 라인의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 개념도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 타이밍 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 광 검출 제어 신호와 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 제어 신호의 타이밍 도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시된 로우 디코더 및 포토 게이트 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 5 및 도 8에 도시된 거리 측정 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 1-탭 거리 픽셀에 게이트 신호를 전송하는 포토 게이트 컨트롤러의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 12a는 도 8에 도시된 픽셀 어레이에 포함된 1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀의 레이아웃을 나타낸다.
도12b는 도 12a에 도시된 1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀에서 순차적으로 검출된 픽셀 신호들과 이들에 의한 위상 차를 설명하기 위한 타이밍 도이다.
도 13a 내지 도 13d는 도 12a에 도시된 액티브 영역에 구현된 광전 변환 소자와 트랜지스터들을 나타내는 다양한 회로들이다.
도 14는 도 12a에 도시된 1-탭 구조의 거리 센서에서 롤링 셔터 방식으로 수행되는 하나의 프레임을 나타내는 개념도이다.
도 15a는 도 8에 도시된 픽셀 어레이에 포함된 2-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀의 레이아웃을 나타낸다.
도 15b는 도 15a에 도시된 2-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀에서 검출된 픽셀 신호들과 이미지 픽셀 신호의 위상 차를 설명하기 위한 타이밍도 이다.
도 16은 2-탭 거리 픽셀에 게이트 신호를 전송하는 포토 게이트 컨트롤러의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 17은 도 15a에 도시된 2-탭 구조 거리 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 18은 도 16a에 도시된 2-탭 구조의 거리 센서에서 롤링 셔터 방식으로 수행되는 하나의 프레임을 나타내는 개념도이다.
도 19a 내지 도 19e는 픽셀 어레이(833)에 포함되는 단위 픽셀의 예들을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 및/또는 이미지 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 신호 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 22는 도 5 또는 도 8에 도시된 거리 측정 장치를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현들을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 거리 센서의 동작 타이밍도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 광 검출 제어 신호(DTC)가 시간에 따라 일정한 주기(T)를 갖고 출력된다. 광 검출 제어 신호(DTC)는 거리 센서의 픽셀에 입력되는 반사 광 신호를 검출하기 위한 신호이다. 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)는 특정 구간(A) 동안 로직 하이를 갖는다. 따라서, 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)는 픽셀에서 데이터를 출력하는 구간(A) 동안 로직 하이를 유지한다.

리셋 제어 신호(Rst)는 픽셀에 잔류하는 이전 정보를 제거하기 위한 신호이다. 예를 들어 리셋 제어 신호(Rst)가 로직 하이일 때, 픽셀의 센싱 노드에 존재하는 전하(전자)는 전원 전압(VDD) 등의 높은 전압에 의해 소멸된다.

셔터(Shutter)로 표시된 구간(C)은, 거리 센서가 프레임(Frame) 단위로 동작하는 것을 전제로 하였을 때 리셋 제어 신호(Rst)가 하나의 프레임 동작 후 픽셀에 잔류하는 이전 프레임 정보를 제거하기 위해 사용되는 동작 구간을 나타낸다.

반면, 리셋(Reset)으로 표시된 구간(D)은, 거리 센서가 상호 연관된 이중 샘플링(CDS, Correlated Double Sampling) 방식으로 데이터를 출력할 경우 해당 센싱 노드의 리셋 값을 출력하기 위해 사용되는 동작 구간을 나타낸다. 따라서, 리셋(Reset) 구간(D)의 앞 구간(E)은 광 반사 신호에 의해 생성된 전하에 기인한 값을 출력하고, 리셋(Reset) 구간(D)의 뒤 구간(F)은 리셋 값을 출력한다. CDS 동작에 대해서는 후속 동작에서 보다 상세히 살펴본다.

가상 마스크 신호(VM, Virtual Mask)는 리셋 제어 신호(Rst)에서 적어도 셔터(Shutter)로 표시된 구간(C)을 포함하는 구간(B) 동안 로직 하이를 유지한다.

각 픽셀을 제어하기 위한 제어 신호와 전원 공급 및 데이터 출력을 위해 신호 라인들이 픽셀 상부에 배열된다. 이러한 신호 라인들은 그 동작 특성에 따라 폴리실리콘 또는 메탈 라인 등으로 구현된다. 따라서, 광 검출 제어 신호(DTC)와 리셋 제어 신호(Rst)의 신호 라인은 상하 또는 좌우로 일정 간격을 갖도록 픽셀 상부에 배치된다. 두 신호 라인의 인접한 배치는 라인간의 커플링(Coupling)을 야기할 수 있다.

광 검출 제어 신호(DTC)는 일정한 주기(T)를 갖는 연속적인 펄스 형태로 동작하여 픽셀에서 광 반사 신호에 의해 생성된 광 전하를 축적 또는 수집(integrate or collect)하도록 한다. 리셋 제어 신호(Rst)는 셔터(Shutter)로 표시된 구간(C) 동안의 로직 하이의 전압 레벨이 광 검출 제어 신호(DTC)의 영향으로 전압이 리셋을 만족할 수 없는 레벨로 감소할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 가상 마스크 신호(VM)는 리셋 제어 신호(Rst)에서 셔터(Shutter)로 표시된 구간(C)을 충분히 포함하는 구간(B) 동안 로직 하이를 유지하도록 하며, 그에 상응하는 구간 동안 광 검출 제어 신호(DTC)는 점선으로 표시된 바와 같이 출력이 없는 즉, 마스킹(Masking) 상태를 유지한다.

아울러, 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)가 로직 하이를 유지하는 구간(A) 동안에도, 그에 상응하는 구간 동안 광 검출 제어 신호(DTC)는 점선으로 표시된 바와 같이 출력이 없는 마스킹 상태를 유지할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광 검출 제어 신호(DTC)는 리셋 제어 신호(Rst)의 적어도 셔터 구간(C) 동안 마스킹 될 수 있으며, 리셋 제어 신호(Rst)의 적어도 리셋 구간(D) 동안 마스킹 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 거리 센서의 동작 타이밍도를 나타낸다.

도 2는 도 1과 가상 마스크 신호(VM)를 제외한 동작이 동일하다. 즉, 가상 마스크 신호(VM)는 리셋 제어 신호(Rst)의 셔터 구간(C)을 포함하는 구간(B)뿐만 아니라, 리셋 구간(D)을 포함하는 구간(A, 도 1에서 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)가 로직 하이를 유지하는 구간)에서도 로직 하이를 유지한다.

따라서, 전술한 도 1의 실시 예에서는 광 검출 제어 신호(DTC)가 가상 마스크 신호(VM)와 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)에 의해 제어(마스킹)되는 반면, 도 2에 도시된 실시 예에서는 가상 마스크 신호(VM)에 의해서만 제어될 수 있다.

즉, 도 2의 가상 마스크 신호(VM)는, 도 1의 실시 예에서의 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)와 가상 마스크 신호(VM)를 합한 신호로 간주될 수 있다.

그 밖의 동작은 전술한 도 1과 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

도 3a 및 도 3b는 거리 센서에서의 광 검출 제어 신호 라인과 제어 신호 라인 사이에서의 커플링 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 거리 센서의 픽셀은 광전 변환 소자(PD), 포토 트랜지스터(Px), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 컨트롤 트랜지스터(Cx), 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 포함한다.

포토 트랜지스터(Px)는 도 1 및 도 2에서 설명된 광 검출 제어 신호(DTC)에 상응하는 포토 게이트 신호(PG)에 의해 게이트가 컨트롤된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 트랜스퍼 게이트 신호(TG)에 의해 게이트가 컨트롤된다.

픽셀(30)의 동작 방식에 따라, 트랜스퍼 게이트 신호(TG)가 로직 하이를 갖도록 하여 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 항상 턴-온 상태를 유지할 수 있다. 이 때, 포토 트랜지스터(Px)는 도 1 및 도 2에서 설명된 광 검출 제어 신호(DTC)에 상응하는 포토 게이트 신호(PG)에 의해 게이트가 컨트롤된다. 다른 실시예에서, 포토 트랜지스터(Px)가 생략된 구조도 가능할 수 있다.

또한, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 컨트롤하는 트랜스퍼 게이트 신호(TG)가 항상 로직 하이를 유지하지 않고, 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 광 전하를 플로팅 센싱 노드(FD, Floating Diffusion)로 전달할 경우에만 선택적으로 턴-온 될 수 있다.

상기 두 경우 모두 포토 게이트(PG)는 일정 주기를 갖는 클럭 신호 형태의 광 검출 제어 신호(DTC)에 의해 제어된다. 리셋 트랜지스터(Rx)는 도 1 및 도 2의 리셋 제어 신호(Rst)에 상응하는 리셋 신호(RESET)에 의해 게이트가 컨트롤된다. 셀렉트 트랜지스터(Sx)는 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)에 의해 게이트가 컨트롤되며, 도 1 및 도 2의 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)에 상응한다.

포토 트랜지스터(Px)가 생략된 구조도 가능할 수 있으며, 이 경우 광 검출 제어 신호(DTC)에 상응하는 포토 게이트 신호(PG)가 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 게이트에 인가될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤 트랜지스터(Cx)가 플로팅 센싱 노드(FD)와 캐패시터(Cadd) 사이에 접속될 수 있다. 컨트롤 트랜지스터(Cx)의 게이트에 인가되는 컨트롤 게이트 제어 신호(CGSW)의 전압 레벨 및/또는 캐패시터(Cadd)의 용량을 조절하여 픽셀의 이득(gain)을 조절할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 거리 센서의 픽셀(30)은 광전 변환 소자(31)와, 광전 변환 소자(31) 상부에 좌우 또는 상하로 인접하여 각각 배치된 포토 게이트 신호 라인(PGL, 32)과, 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 신호 라인(RGL/TGL, 33)을 포함한다.

포토 게이트 신호 라인(PGL)은 일정 주기를 갖는 클럭 신호 형태의 광 검출 제어 신호(DTC)를 전송하고, 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 신호 라인(RGL/TGL)은 동작 구간 동안에는 로직 하이의 값을 갖는 펄스 신호를 전송한다.

따라서, 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 신호 라인(RGL/TGL)을 통해 전송되는 신호가 로직 하이일 때 두 신호 라인 사이에서 커플링이 발생할 수 있다. 도 3b에서는 상기 커플링에 의해 발생할 수 있는 기생 캐패시터(Cp)를 도시한다.

이러한 현상은 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)가 로직 하이인 경우에도 발생할 수 있다. 도 3b에서는 셀 셀렉트 제어 신호 라인은 도시하지 않았다.

커플링 현상은 예컨대, 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인에 인가되는 전압(VRA) 레벨을 감소시켜, 플로팅 센싱 노드(FD)를 충분하게 리셋시키지 못하는 원인이 된다. 이는 결국 불완전한 리셋 레벨 출력으로 인한 불명확한 거리 측정 정보를 제공하는 원인이 될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라서, 가상 마스크 신호를 추가하여 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 신호 라인(RGL/TGL)을 통해 전송되는 신호 및/또는 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)가 로직 하이인 구간 동안 포토 게이트 신호 라인(PGL)을 통해 전송되는 광 검출 제어 신호(DTC)를 마스킹 함으로써, 상기 커플링 현상을 방지할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 거리 센서의 픽셀에서의 신호 라인의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a는 제1 신호 라인을 포함하는 레이아웃이며, 도 4b는 그 상부에 위치하는 제2 신호 라인을 포함하는 레이아웃을 나타낸다. 예를 들어, 상기 제1 신호 라인 및 상기 제2 신호 라인들은 반도체 기판 상부의 메탈층들에 패턴화하여 형성된 메탈 라인들일 수 있다. 도시된 거리 센서의 픽셀은 2-탭 구조의 거리 센서 픽셀을 예로 한다.

도 4a를 참조하면, 4개의 광전 변환 소자(40a~40d)가 배치되고, 광전 변환 소자(40a~40d) 상부에 복수의 신호 라인이 배치된다. 복수의 신호 라인 중 전원 라인(VOUTA, VOUTB, VPIX, VRA, GND)은 칼럼(column, 열) 방향으로 배치되고, 제어 신호 라인(SEL, CGSW, TG, RG)은 로우(row, 행) 방향으로 배치된다.

VOUTA와 VOUTB는 2-탭 구조에서 각각의 탭에 의해 출력되는 2개의 출력 라인을 나타낸다. VRA는 리셋 트랜지스터의 드레인에 접속된 전압 공급 라인을 나타내며, VPIX는 드라이브 트랜지스터의 드레인에 접속된 전압 공급 라인을 나타낸다. GND는 접지 전압 공급라인을 나타낸다.

SEL은 셀 셀렉트 제어 신호 라인을 나타내며, CGSW는 컨트롤 게이트 제어 신호 라인을 나타낸다. TG는 트랜스퍼 게이트 제어 신호 라인을 나타내며, RG는 리셋 게이트 제어 신호 라인을 나타낸다.

도 4b를 참조하면, 2개의 광전 변환 소자(40e, 40f)가 배치되고, 광전 변환 소자(40e, 40f) 상부에 로우 방향으로 복수의 신호 라인이 배치된다. PGA와 PGB는 광 검출 제어 신호(DTC)에 상응하는 포토 게이트 신호 라인이다. 2-탭 구조이므로 PGA와 PGB의 두 개가 배치된다. 예를 들어, PGA와 PGB는 서로 반대의 위상, 즉 180도의 위상차를 갖는 광 검출 제어 신호(DTC)를 각각 전송할 수 있다.

도 4b에 배치된 신호 라인들은 도 4a에 배치된 신호 라인 상부에 배치된다. 따라서, 포토 게이트 신호 라인들(PGA, PGB)은 트랜스퍼 게이트 제어 신호 라인(TG) 및 리셋 게이트 제어 신호 라인(RG)과 상하로 오버랩되어 배치된다. 전술한 바와 같이, 이로 인해 상하로 배치된 신호 라인 간 커플링이 발생할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 개념도를 나타내며, 도 6은 도 5에 도시된 타이밍 컨트롤러를 나타내는 블록도이다. 도 7은 도 6에 도시된 광 검출 제어 신호(DTC)와 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 제어 신호의 타이밍 도이다.

도 5를 참조하면, 거리 측정 장치(50)는 타이밍 컨트롤러(51), 광 모듈(54), 거리 센서(52) 및 렌즈(53)를 포함한다.

타이밍 컨트롤러(51)는 거리 센서(52)와 광 모듈(54) 각각의 동작 타이밍을 제어한다. 이를 위해, 타이밍 컨트롤러(51)는 광 방사 제어 신호(LTC)를 광 모듈(54)에 전송하고, 광 검출 제어 신호(DTC)를 거리 센서(52)에 전송한다.

광 모듈(54)은 광 방사 제어신호(LTC)에 기초하여 생성된 광 신호(EL)를 피사체(Object, 55)를 향해 방사한다. 피사체(55)에 의하여 반사된 반사 광 신호(RL)는 렌즈(53)를 통해 거리 센서(52)에 입사한다. 이 때, 거리 측정 장치(50)는 상기 광 신호(EL)의 방사 시간과 상기 반사 광 신호(RL)의 입사 시간의 차이에 상응하는 비행 시간(flight of time)(tΔ)을 나타내는 수학식 1을 이용하여 거리를 측정 할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, d는 거리 측정 장치(50)와 피사체(55) 사이의 거리를 나타내고, c는 광속을 나타낸다.

실시 예에 따라 거리 센서(52)는 하나의 칩(chip)으로 구현되어 거리 정보를 계산할 수 있다. 또한 거리 센서(52)는 컬러 이미지 센서 칩과 함께 사용되어 3차원 이미지 정보와 거리 정보를 동시에 측정하는 데 이용될 수 있다. 이 때, 3차원 이미지 센서에서 거리 정보를 검출하기 위한 거리 픽셀과 이미지 정보를 검출하기 위한 컬러 픽셀들은 하나의 픽셀 어레이에 구현될 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(51)는 펄스 생성기(511), 펄스 지연 유닛들(513, 514), 컨트롤 로직(512) 및 가상 마스크 신호 생성기(515)를 포함한다.

컨트롤 로직(512)은 제어 신호(Ctrl)를 통해 펄스 생성기(511)를 제어하며, 로우 디코더(도시하지 않음)에 로우 제어 신호(X-CON)를 전송하거나 CDS(Correlated Double Sampling)/ADC(Analog to Digital Converting) 회로(도시하지 않음)에 CDS 제어 신호(CDSC)를 전송할 수 있다.

펄스 생성기(511)에서 생성된 펄스(PULSE)는 위상 지연 유닛(513)에 전송된다. 또한 컨트롤 로직(512)에서 위상 지정 신호(Li)를 위상 지연 유닛(513)으로 전송된다. 상기 위상 지연 유닛(513)은 입력 받은 펄스(PULSE)를 복수 개의 시퀀스들(S(N-1), S(N) 및 S(N+1))로 구분하고, 입력 받은 위상 지정 신호(Li)에 기초하여 각 시퀀스(S(N-1), S(N) 및 S(N+1))마다 위상 차가 생기도록 펄스의 일부를 지연시킨다. 위상 지연 유닛(513)에서 출력된 펄스 형태의 광 검출 제어신호(DTC)는 거리 센서(도 5의 52)에 제공된다. 또한, 상기 광 검출 제어 신호(DTC)는 펄스 지연 유닛(514)에도 전송된다. 펄스 지연 유닛(514)은 상기 광 검출 제어신호(DTC)와 동기화를 위해 일정 지연 시간을 갖는 광 방사 제어 신호(LTC)를 생성한다. 광 방사 제어 신호(LTC)는 광 모듈(도 5의 54)로 출력된다. 펄스 지연 유닛(514)은 측정된 피사체까지의 거리 정보(Di)에 기초하여 상기 지연 시간을 결정한다. 거리 정보(Di)는 컨트롤 유닛(512) 또는 별도의 로직을 통해 제공될 수 있다.

컨트롤 로직(512)은 또한 리셋 게이트 제어 신호(Rst)와 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)를 거리 센서(도 5의 52)에 제공한다. 리셋 게이트 제어 신호(Rst)와 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)는 가상 마스크 신호 생성기(515)에 제공된다. 리셋 게이트 제어 신호(Rst)와 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)는 각기 다른 신호이나 설명의 간략화를 위해 동일 신호 라인으로 표시한다.

가상 마스크 신호 생성기(515)는 도 1에 도시된 바와 같이 리셋 게이트 제어 신호(Rst)의 셔터 구간을 포함하는 구간 동안에만 로직 하이를 유지하는 가상 마스크 신호(VM)을 생성할 수 있다.

또한, 가상 마스크 신호 생성기(515)는 도 2에 도시된 바와 같이 리셋 게이트 제어 신호(Rst)의 셔터 구간뿐만 아니라, 리셋 구간을 포함하는 구간(셀 셀렉트 제어 신호(SEL)가 로직 하이를 유지하는 구간)에서도 로직 하이를 유지하는 가상 마스크 신호(VM)를 생성할 수 있다.

도 7을 참조하면, 0번째 로우에서 n번째 로우까지의 하나의 프레임 동작에 따른 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC[0~n])와 도 1 및 도 2의 리셋 제어 신호(Rst)에 상응하는 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 제어 신호(RG/TG[0~n])의 동작 타이밍이 개시된다. 각 로우 별로 일정한 지연 시간을 갖고 순차적으로 리셋 데이터 및 센싱 데이터가 출력된다. 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 제어 신호(RG/TG[0~n])는 두 개의 하이 구간 펄스를 갖는다. 이 중 첫 번째 펄스는 셔터 동작에 상응하며, 두 번째 펄스는 CDS 동작에 따른 센싱 노드의 리셋 전압 레벨을 출력하기 위한 동작에 상응한다. 따라서, 두 펄스 사이가 반사 광 집적 시간(EIT)에 상응한다.

도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 블록도이고, 도 9는 도 8에 도시된 로우 디코더 및 포토 게이트 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다. 도 10은 도 5 및 도 8에 도시된 거리 측정 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 거리 측정 장치(80)는 타이밍 컨트롤러(81), 거리 센서(83), 광 모듈(82) 및 렌즈(84)를 포함한다. 타이밍 컨트롤러(81)는 도 6에 도시된 구성에 상응하므로 타이밍 컨트롤러(81)의 출력 신호들에 대한 설명은 생략한다.

도 6 내지 도 10을 참조하면, 상기 타이밍 컨트롤러(81)의 펄스 생성기(511)는 펄스 신호(PULSE)를 생성한다(S101). 위상 지연 유닛(513)은 컨트롤 로직(512)에 의해 생성된 위상 지정 신호(Li)에 기초하여 펄스 시퀀스(S(N-1), S(N) 및 S(N+1))가 위상 차를 갖도록 펄스 신호(PULSE)를 지연시켜 광 검출 제어 신호(DTC)를 생성한다(S105). 상기 위상 지연 유닛(513)에서 생성된 광 검출 제어 신호(DTC)는 포토 게이트 컨트롤러(831)에 전송된다. 광 검출 제어 신호(DTC)의 생성을 포함하는 과정은 후속의 도 11에 도시된 순서도를 통해 설명한다. 타이밍 컨트롤러(81)의 가상 마스크 신호 생성기(515)는 리셋 제어 신호(Rst) 및/또는 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)에 상응하여 해당 로직 하이 구간 동안 광 검출 제어 신호(DTC)를 마스킹 하기 위한 가상 마스크 신호(VM)를 생성한다.

펄스 지연 유닛(514)은 위상 지연 유닛(513)으로부터 출력된 광 검출 제어 신호(DTC)와 동일한 파형의 펄스 신호를 입력 받으며, 거리 정보(Di)에 기초하여 지연된 광 방사 제어 신호(LTC)를 생성한다(S102). 상기 광 방사 제어 신호(LTC)는 광원 드라이버(821)로 전송된다.

다시 도 8 및 도 10을 참조하면, 광 모듈(82)은 광원 드라이버(821)와 광원(822)을 포함한다. 광원 드라이버(822)는 타이밍 컨트롤러(81)로부터 출력된 광 방사 제어 신호(LTC)에 기초하여, 광원(822)을 드라이빙할 수 있는 클럭 신호를 생성할 수 있다. 광원(822)은 상기 클럭 신호에 응답하여, 광 신호(EL)를 피사체(85)로 방사한다(S103).

광원(822)은 LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active-matrix Organic Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode) 가 사용될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 광 신호(EL)의 파형은 광 방사 제어 신호(LTC)의 파형과 동일하다고 가정한다. 광 신호(EL)는 정현파 또는 구형파일 수 있다.

반사 광 신호(RL)는 렌즈(84)를 통하여 픽셀 어레이(833)로 입사된다(S104). 여기서 렌즈(84)는 렌즈와 적외선 통과 필터를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

거리 센서(83)는 반사 광 신호(RL)를 전기 신호로 변환하여 출력한다. 거리 센서(83)는 포토 게이트 컨트롤러(831), 로우 디코더(Row decoder, 832), 픽셀 어레이(833), CDS/ADC 회로(834), 메모리 유닛(835) 및 거리 추정기(836)를 포함한다.

로우 디코더(832)는 타이밍 컨트롤러(81)로부터 출력된 로우 제어 신호(X-CON)에 응답하여 복수의 로우들 중에서 하나의 로우를 선택하기 위한 로우 어드레스 신호(A[0~n])를 출력한다. 여기서, 로우(row)란 픽셀 어레이(833)에서 가로-방향으로 배치된 복수의 거리 픽셀들의 집합을 나타낸다.

포토 게이트 컨트롤러(831)는 타이밍 컨트롤러(81)로부터 전송된 광 검출 제어 신호(DTC)와 가상 마스크 신호(VM) 및 로우 디코더(832)로부터 전송된 로우 어드레스 신호(A[0~n])에 기초하여 가상 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC)를 생성한다(S106). 전술한 바와 같이, 가상 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC)는 가상 마스킹된 포토 게이트 신호에 상응할 수 있다.

마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC)는 광 검출 제어 신호(DTC)가 리셋 제어 신호의 셔터 구간을 포함하는 구간 및/또는 리셋 구간을 포함하는 구간(A, 도 1에서 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)가 로직 하이를 유지하는 구간)에서 마스킹된 신호이다. 가상 마스크 신호(VM)는 상기의 구간 동안 로직 하이를 유지한다.

도 8 및 도 9에는 포토 게이트 컨트롤러(831)와 로우 디코더(832)를 각각 별개의 구성 요소로 도시하였으나, 포토 게이트 컨트롤러(831)는 로우 디코더(832)에 포함되어 일체적으로 형성될 수 있다.

도 9 는 로우 디코더(832)와 포토 게이트 컨트롤러(831)를 포함하는 로직을 통해 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC)가 생성되는 실시예를 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이, 포토 게이트 컨트롤러(831)는 복수의 앤드 게이트 및 복수의 인버터를 포함하여 구현될 수 있다.

로우 어드레스(A[0~n])와 광 검출 제어 신호(DTC[0~n])가 포토 게이트 컨트롤러(831)에 제공되며, 이 때 각 로우 별로 제공되는 가상 마스크 신호(VM)를 통해 논리 곱 과정을 거쳐 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC[0~n])가 생성된다.

여기서, 포토 게이트 신호는 광 검출 제어 신호(DTC)에 기초하는 신호로써, 픽셀 내부의 센싱 동작이 포토 게이트를 통해 이루어지는 경우에 광 검출 제어 신호(DTC)에 대응하여 포토 게이트를 컨트롤하는 신호이다.

따라서, 가상 마스킹된 포토 게이트 신호는 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC)에 기초하는 신호로써, 가상 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC)에 대응하여 가상 마스킹되어 포토 게이트를 컨트롤하는 신호이다. 포토 게이트 컨트롤러(831) 및 로우 디코더(832)에 의해 생성된 가상 마스킹된 포토 게이트 신호가 픽셀 어레이(833)에 제공된다.

픽셀 어레이(833)는 복수의 거리 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이(833)에 포함된 복수의 거리 픽셀들은 렌즈(84)를 통하여 픽셀 어레이(833)로 입사된 복수의 반사광 신호들(RL)에 응답하여 반사광 신호(RL)의 위상과 광 신호(EL)의 위상 차를 검출한다(S107).

이를 통해, 픽셀 어레이(833)는 입사된 반사 광 신호들(RL)에 기초하여 이미지 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 11 내지 도 14에서 후술하는 1-탭 거리 픽셀의 경우에, 출력된 이미지 픽셀 신호가 제 4 이미지 픽셀 신호(A3)일 때까지(S108:YES) 다수의 단계들(S101 내지 S107)을 반복한다. 실시 예에 따라 상기 다수의 단계들(S101 내지 S107) 중 적어도 하나의 단계가 반복될 수 있다.

CDS/ADC 회로(834)는 타이밍 컨트롤러(81)로부터 출력된 CDS 제어 신호(CDSC)에 기초하여 복수의 거리 픽셀들로부터 각각 출력된 이미지 픽셀 신호에 상호 연관된 이중 샘플링(Correlated Double Sampling) 동작과 ADC(Analog to Digital Converting)동작을 수행하여 디지털 픽셀 신호들(A0 내지 A3)을 출력한다. 상기 디지털 픽셀 신호들(A0 내지 A3)은 도 12b 및 도 15b에서 상술한다.

버퍼로 구현될 수 있는 메모리 유닛(835)은 CDS/ADC회로(834)로부터 출력된 디지털 픽셀 신호들(A0 내지 A3)을 프레임 단위로 저장할 수 있다.

거

)

)는 수학식 2과 같다. 를 측정한다(S109). 상기 거리 추정기(836)에 의하여 측정된 위상 차(리 추정기(836)는 메모리 유닛(835)로부터 출력된 각 디지털 픽셀 신호(A0 내지 A3)에 기초하여 광 신호(EL)와 반사광(RL)의 위상 차(

[수학식 2]

거리 추정기(836)는 수학식 2에 따라서 측정된 위상 차(

)

)를 출력한다. 를 이용하여 비행 시간(tΔ)을 계산하고 수학식3에 따라 거리 정보를 계산하고, 측정된 거리 정보(

[수학식 3]

여기서, c는 광속을 나타내고, fm 은 광 신호(EL)의 주파수를 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 거리 센서(83)는 CCD(Charge Coupled Device) 형태 또는 CIS(CMOS Image Sensor) 형태로 구현될 수 있다. 도 8의 구조는 CIS 형태의 거리 센서(83)에서 구조의 변경 없이 적용이 가능하다. 거리 센서가 CCD 형태일 경우에는 CDS/ADC(834)의 구조가 일부 변경될 수 있다

아날로그 디지털 변환(ADC)은 상호 연관된 이중 샘플링(CDS) 방식의 적용에 따라 아날로그 CDS, 디지털 CDS 또는 듀얼 CDS(Dual CDS) 방식 별로 그 구조가 변경될 수 있다. 또한, ADC는 거리 센서(83)의 칼럼 별로 배치되는 칼럼 ADC(Column ADC) 또는 하나의 ADC가 배치되는 싱글 ADC(Single ADC)로 구현될 수 있다.

거리 센서(83)는 타이밍 컨트롤러(81)와 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 또한 거리 센서(83)와 타이밍 컨트롤러(81) 및 렌즈(84)가 하나의 모듈로 구성되고 광 모듈(82)은 별도의 모듈로 구성될 수 있다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(51)에 포함되어 있는 컨트롤 로직(512)은 위상 지정 신호(Li)를 생성한다. 상기 위상 지정 신호(Li)는 위상 지연 유닛(513)으로 부터 제공된 복수의 신호들 각각의 위상을 제어할 수 있다.

예를 들어, 위상 지연 유닛(513)은 제 1 위상 지정 신호(L0)에 기초하여 본래 펄스의 파형과 동일 위상을 가지는 시퀀스의 파형을 생성할 수 있다. 또는 위상 지연 유닛(513)은 제 2 위상 지정 신호(L1)에 기초하여 본래 펄스의 파형보다 90°의 위상 차를 가지는 시퀀스의 파형을 생성할 수 있다. 또는, 위상 지연 유닛(513)은 제 3 위상 지정 신호(L2)에 기초하여 본래 펄스의 파형보다 180°의 위상 차를 가지는 시퀀스의 파형을 생성할 수 있다. 또는 위상 지연 유닛(513)은 제 4 위상 지정 신호(L3)에 기초하여 본래 펄스의 파형보다 270°의 위상 차를 가지는 시퀀스의 파형을 생성할 수 있다.

설명상 편의를 위해, 광 신호(EL)의 파형은 도 8의 광 방사 제어 신호(LTC)의 파형과 동일하다고 가정한다. 상기 광 신호(EL)는 정현파 또는 구형파일 수 있다.

제 1 게이트 신호 내지 4 게이트 신호(G0, G1, G2, G3)가 포토 게이트 컨트롤러(831)을 통해 픽셀 어레이(833)로 출력되는 것으로 가정한다. 각각의 게이트 신호(G0 내지 G3)는 상기 광 신호(EL)의 파형처럼 각각 서로 다른 위상 차를 갖는다. 이 때, 광 신호(EL)의 위상과 제 1 게이트 신호(G1)의 위상은 동일하다. 또한, 제 1 게이트 신호(G0)의 위상과 제 2 게이트 신호(G1)의 위상과의 차는 90°이고, 제 1 게이트 신호(G1)의 위상과 제 3 게이트 신호(G2)의 위상과의 차는 180°이고, 제1 게이트 신호(G1)의 위상과 제4 게이트 신호 (G3)의 위상과의 차는 270°이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 8에 도시된 픽셀 어레이(833)는 1-탭(1-tap) 픽셀 구조의 거리 픽셀을 포함할 수 있다. 도 11 내지 도 14는 1-탭 거리 픽셀의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 11은 1-탭 거리 픽셀에 게이트 신호를 전송하는 포토 게이트 컨트롤러(831)의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 8, 도 10 및 도 11을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(81)를 통해 광 검출 제어 신호(DTC)와 가상 마스크 신호(VM)가 생성된다(S110, S111). 포토 게이트 컨트롤러(831)는 거리를 센싱 하기 위한 픽셀 신호의 출력 단계 정보를 체크한다(S112).

상기 체크된 픽셀 신호의 출력 단계 정보가 제 1 픽셀 신호(A0)를 출력하는 단계이면(S113:YES), 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)의 위상과 동일한 위상(dt=0°)을 가지는 제 1 게이트 신호(G0)을 픽셀 어레이(833)로 출력한다(S114). 또는, 상기 체크된 픽셀 신호의 출력 단계 정보가 제 2 픽셀 신호(A1)를 출력하는 단계이면(S115:YES), 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)와 90° 위상 차(dt=90°)를 갖는 제 2 게이트 신호(G1)를 픽셀 어레이(833)로 출력한다(S116). 또는, 상기 체크된 픽셀 신호의 출력 단계 정보가 제 3 픽셀 신호(A2)를 출력하는 단계이면(S117:YES), 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)와 180° 위상 차(dt=180°)를 갖는 제 3 게이트 신호(G2)을 픽셀 어레이(833)로 출력한다(S118). 상기 체크된 픽셀 신호의 출력 단계 정보가 제 4 픽셀 신호(A3)를 출력하는 단계이면(S117:NO), 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)와 270° 위상 차(dt=270°)를 갖는 제 4 게이트 신호(G3)을 픽셀 어레이(833)로 출력한다(S119).

도 12a는 도 8에 도시된 픽셀 어레이에 포함된 1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀의 레이아웃을 나타내고, 도12b는 도 12a에 도시된 1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀에서 순차적으로 검출된 픽셀 신호들과 이들에 의한 위상 차를 설명하기 위한 타이밍 도이다.

1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀(120)은 액티브 영역(121)에 구현된 광전 변환 소자(122)를 포함한다. 액티브 영역(121)에는 도 13a 내지 도 13d 각각에 도시된 바와 같이 광전 변환 소자(122)와 T-개의 트랜지스터들이 구현된다. 여기서, T는 자연수로서, T는 3, 4, 5 또는 6일 수 있다. 도 12a에 도시된 바와 같이 0°, 90°, 180°및 270°의 위상 차를 갖는 각 게이트 신호(G0내지 G3)가 광전 변환 소자(122)로 순차적으로 공급된다.

따라서, 광전 변환 소자(122)는 반사광(RL)에 따라 광전 변환 동작을 수행하고, 각 게이트 신호(G0 내지 G3)가 하이 레벨을 갖는 동안 광전 변환 소자(122)에 의하여 생성된 광 전하들은 플로팅 센싱 노드(FD)로 전송된다. 따라서, 게이트 신호(G0 내지 G3)의 위상에 따라서 플로팅 센싱 노드(FD)에 전송되어 축적되는 광 전하의 양이 달라지며, 이러한 광 전하의 양을 측정하여, 광원(82)으로부터 방사되는 광 신호(EL)와 피사체(85)로부터 반사되는 반사광(RL)의 위상 차를 구할 수 있다. 전술한 수학식2를 이용하여 광 신호(EL)와 반사광(RL)의 위상 차로부터 피사체(85)까지의 비행 시간(time of flight)을 계산할 수 있으며, 결과적으로, 전술한 수학식3을 이용하여 상기 비행 시간으로부터 피사체(85)까지의 거리를 계산할 수 있다.

도 12a와 도 12b를 참조하면, 1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀(120)은 제 1 시점(t0)에서 0°의 위상 차를 갖는 제 1 게이트 신호(G0)에 응답하여 제 1 디지털 픽셀 신호(A0)를 출력하고, 제 2 시점(t1)에서 90°의 위상 차를 갖는 제 2 게이트 신호(G1)에 응답하여 제 2 디지털 픽셀 신호(A1)를 출력하고, 제 3시점(t2)에서 180°의 위상 차를 갖는 제 3 게이트 신호(A2)에 응답하여 제 3 디지털 픽셀 신호(G2)를 출력하고, 제 4 시점(t3)에서 270°의 위상 차를 갖는 제 4 게이트 신호(G3)에 응답하여 제 4 디지털 픽셀 신호(A3)를 출력한다.

도 13a 내지 도 13d는 도 12a에 도시된 액티브 영역에 구현된 광전 변환 소자와 트랜지스터들을 나타내는 다양한 회로들이다. 도 13a에 도시된 바와 같이 액티브 영역(131)에는 광전 변환 소자(132)와 4개의 트랜지스터들(RX, TX, DX 및 SX)이 구현된다. 도 13a를 참조하면, 광전 변환 소자(132)는 도 12a에 도시된 게이트 신호들(G0내지 G3)과 반사광(RL)에 기초하여 광 전하들을 생성할 수 있다. 예컨대, 광전 변환 소자(132)는 타이밍 컨트롤러로부터 출력되는 게이트 신호(G0)에 응답하여 온/ 오프 될 수 있다. 예컨대, 게이트 신호(G0)가 하이(high) 레벨일 때, 광전 변환 소자(132)는 반사광(RL)에 기초하여 생성된 광 전하들을 수집할 수 있고, 게이트(G0)가 로우(low) 레벨일 때 광전 변화 소자(132)는 반사광(RL)에 기초하여 생성된 광 전하들을 수집하지 않는다.

상기 광전 변화 소자(132)는 광 감지 소자로서 포토 다이오드(Photo diode), 포토 트랜지스터(Photo transistor), 포토 게이트(Photo gate) 또는 핀드 포토 다이오드(PPD; Pinned Photo diode)로 구현될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 타이밍 컨트롤러로부터 출력된 리셋 제어 신호(RS)에 응답하여 상기 플로팅 센싱 노드(FD)를 리셋 할 수 있다.

트랜스퍼 트랜지스터(TX)는 타이밍 컨트롤러로부터 출력된 트랜스퍼 게이트 신호(TG)에 응답하여 상기 광전 변환 소자(132)에 의하여 생성된 광 전하들을 플로팅 센싱 노드(FD)로 전송할 수 있다.

소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 수행하는 드라이브 트랜지스터(DX)는 상기 플로팅 센싱 노드(FD)에 충전된 광 전하들에 응답하여 버퍼링 동작을 수행할 수 있다.

셀 셀렉트 트랜지스터(SX)는 타이밍 컨트롤러로부터 출력된 셀 셀렉트 제어 신호(SEL)에 응답하여 드라이브 트랜지스터(DX)로부터 출력된 픽셀 신호(A0)를 칼럼 라인으로 출력할 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 도 3에 도시된 바와 같은 컨트롤 트랜지스터(Cx)가 플로팅 센싱 노드(FD)와 캐패시터(Cadd) 사이에 접속될 수 있다.

도 13a에는 하나의 광전 변환 소자(132)와 4개의 트랜지스터들(TX, RX, DX 및 SX)을 포함하는 액티브 영역(131)이 도시되어 있으나 이는 예시적인 것에 불과하다. 도 13b에 도시된 바와 같이 액티브 영역(131)에는 광전 변환 소자(132)와 3개의 트랜지스터들(RX, DX 및 SX)이 구현된다. 도 13a와 도 13b를 참조하면, 도 13b의 액티브 영역(131)에는 전송 트랜지스터(TX)가 구현되지 않는다.

도 13b에서도 도 3에 도시된 바와 같은 컨트롤 트랜지스터(Cx)가 플로팅 센싱 노드(FD)에 접속될 수 있다.

도 13c에 도시된 바와 같이, 액티브 영역(131)에는 광전 변환 소자(132)와 5개의 트랜지스터들(RX, TX, DX, SX 및 GX)이 구현된다. 도 13c를 참조하면, 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호(TG)는 제어신호(SEL)에 응답하여 온/오프 되는 트랜지스터(GX)를 통하여 전송 트랜지스터(TX)의 게이트로 공급된다.

도 13d에 도시된 바와 같이, 액티브 영역(131)에는 광전 변환 소자(132)와 5개의 트랜지스터들(RX, TX, DX, SX 및 PX)이 구현될 수 있다. 트랜지스터(PX)는 포토 게이트 컨트롤러(831)로부터 출력된 마스킹된 광 검출 제어 신호(DTC), 즉 포토 게이트 제어 신호(PG)에 응답하여 동작한다.

도 14는 도 12a에 도시된 1-탭 구조의 거리 센서에서 롤링 셔터 방식으로 수행되는 하나의 프레임을 나타내는 개념도이다. 이때, 광원(82)로부터 광 신호(EL)의 위상은 0°라고 가정한다.

도 14를 참조하면, 롤링 셔터 방식에 따라서, 하나의 프레임에 대한 0°위상을 갖는 게이트 신호(G0)에 기초한 리드 동작이 수행 중인 동안에도 리드 동작 수행이 완료된 행들에 대해서는 90°위상을 갖는 게이트 신호(G1)에 기초한 광 전하 축적이 시작될 수 있다. 이는 게이트 신호의 위상이 90°에서 180°로 가변 되는 경우, 또는 180°에서 270°로 가변 되는 경우에도 마찬가지이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 8에 도시된 픽셀 어레이(833)는 2-탭(2-tap) 픽셀 구조의 거리 픽셀을 포함할 수 있다. 도 15a 내지 도 18은 2-탭 거리 픽셀의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 15a는 도 8에 도시된 픽셀 어레이에 포함된 2-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀의 레이아웃을 나타내고, 도 15b는 도 15a에 도시된 2-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀에서 검출된 픽셀 신호들과 이미지 픽셀 신호의 위상 차를 설명하기 위한 타이밍도 이다.

2-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀(150)은 제 1 포토 게이트(151), 제1 브리징 디퓨전 영역(155) 및 제1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1,153)를 포함하고, 제 2 포토 게이트(152), 제2 브리징 디퓨전 영역(156) 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터(154)를 포함한다.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 2- 탭 거리 픽셀(150)은 제 1 시점(t0)에서 제 1 게이트 신호(G0) 와 제 2 게이트 신호(G2)에 응답하여 제 1 디지털 픽셀 신호(A0)와 제 3 디지털 픽셀 신호(A2)를 검출하고, 제 2 시점(t1)에서 제 3 게이트 신호(G1)와 제 4 게이트 신호(G3)에 응답하여 제 2 디지털 픽셀 신호(A1)와 제 4 디지털 픽셀 신호(A3)를 검출한다.

도 16은 2-탭 거리 픽셀에 게이트 신호를 전송하는 포토 게이트 컨트롤러의 동작의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 8, 도 10 도, 15a 내지 도 15d 및 도 16을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(81)를 통해 광 검출 제어 신호(DTC)와 가상 마스크 신호(VM)가 생성된다(S161, S162). 포토 게이트 컨트롤러(831)는 거리를 센싱 하기 위한 픽셀 신호의 출력 단계 정보를 체크한다(S163).

이 때, 상기 체크된 픽셀 신호의 출력 정보가 제 1 픽셀 신호(A0)를 출력하는 단계이면(S164:YES), 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)의 위상과 동일한 위상(dt=0°)을 가지는 제 1 게이트 신호(G0)를 제 1 포토 게이트(151)에 출력하고, 광 신호(EL)와 180°의 위상 차(dt=180°)를 갖는 제 3 게이트 신호(G2)를 제 2 포토 게이트(152)로 출력한다(S165).

상기 체크된 픽셀 신호의 출력 단계 정보가 제 1 픽셀 신호(A0)를 출력하는 단계가 아닌 경우(S164:NO), 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)와 90°의 위상 차(dt=90°)를 갖는 제 2게이트 신호(G1)를 2-탭 픽셀 신호의 제 1 포토 게이트(151)에 출력하고, 포토 게이트 컨트롤러(831)는 광 신호(EL)와 270°위상 차(dt=270°)를 갖는 제 4 게이트 신호(G3)를 2-탭 픽셀 신호의 제 2 포토 게이트(152)로 출력한다(S166).

도 17은 도 15a에 도시된 2-탭 구조 거리 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 17을 참조하면. 2-탭 구조를 갖는 거리 픽셀은 제 1 포토 게이트(PG1, 151)에 의해 수집된 광 전하들을 처리하는 제 1 회로 영역과, 제 2 포토 게이트(PG2, 152)에 의해 수집된 광 전하들을 처리하는 제 2 회로 영역을 포함한다.

예컨대, 제 1 회로 영역은 상기 광 전하들을 수집 또는 전송할 수 있는 제 1 포토 게이트(151)와 복수의 트랜지스터들(TX1, RX1, DX1 및 SX1)을 포함한다. 또한, 제 2 회로 영역은 상기 광 전하들을 수집 또는 전송할 수 있는 제 2 포토 게이트(152)와 다수의 트랜지스터들(TX2, RX2, DX2 및 SX2)을 포함한다.

트랜스퍼 게이트(transfer gate)로 구현될 수 있는 제 1 트랜스퍼 회로(TX1; 153)는, 제어 신호 (TG1)에 응답하여, 생성된 광 전하들을 제 1플로팅 센싱 노드(FD1)로 전송한다. 적절한 타이밍으로 가해지는 제어 신호(TG1)의 전압 레벨을 조절하여 전송된 광 전하들이 제 1 플로팅 센싱 노드(FD1)로부터 제 1 포토 게이트(151) 쪽으로의 역행(Back diffusion)을 막을 수 있다.

또한, 트랜스퍼 게이트로 구현될 수 있는 제 2 트랜스퍼 회로(TX2; 154)는, 제어 신호(TG2)에 응답하여, 생성된 광 전하들을 제 2 플로팅 센싱 노드(FD2)로 전송한다. 적절한 타이밍으로 가해지는 제어 신호(TG2)의 전압 레벨을 조절하여 전송된 광 전하들이 제 2 플로팅 센싱 노드(FD2)로부터 제 2 포토 게이트(152) 쪽으로의 역행을 막을 수 있다.

포토 게이트 컨트롤러(831)로부터 출력된 게이트 신호들(G0, G2) 각각에 응답하여, 제 1 포토 게이트(151)와 제 2 포토 게이트(152) 각각은 반사 광 신호(RL)에 의하여 반도체 기판 내에서 생성된 광 전하들을 수집하는 수집 동작과 수집된 광 전하들을 각 플로팅 확산 영역(FD1과 FD2)으로 전송하는 전송 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.

두 개의 포토 게이트들(151과 152) 각각에 수신되는 두 개의 게이트 제어 신호들(G0과 G2)의 위상 차이는 180°이다. 그러나 광 신호(EL)의 위상과 두 개의 포토 게이트 제어 신호들 중에서 어느 하나의 신호의 위상의 차이는 0°, 90°, 180° 또는 270°가 될 수 있다.

각 트랜스퍼 트랜지스터(TX1과 TX2)는 타이밍 컨트롤러(81)로부터 출력된 각 제어 신호(TG1과 TG2)에 응답하여 각 포토 게이트(151 및 152)의 하부에 축적된 광 전하들을 각 플로팅 센싱 노드(FD1과 FD2)로 전송할 수 있다.

소스 폴로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer amplifier)역할을 수행할 수 있는 각 드라이브 트랜지스터(DX1과 DX2)는 각 플로팅 센싱 노드(FD1과 FD2)에 축전된 광 전하들에 응답하여 버퍼링 동작을 수행할 수 있다.

각 셀렉트 트랜지스터(SX1과 SX2)는 타이밍 컨트롤러(81)로부터 출력된 제어 신호(SEL)에 기초한 각 드라이브 트랜지스터(DX1과 DX2)에 의하여 버퍼링 된 신호(A0와 A2)를 각 칼럼 라인으로 출력할 수 있다.

도 18은 도 16a에 도시된 2-탭(2-Tap) 구조의 거리 센서에서 롤링 셔터 방식으로 수행되는 하나의 프레임을 나타내는 개념도이다. 이때, 광원(82)로부터 방사되는 광 신호(EL)의 위상은 0°라고 가정한다.

도 18을 참조하면, 롤링 셔터 방식에 따라서, 하나의 프레임에 대한 0° 및 180° 위상을 갖는 게이트 신호들(G0 및 G2) 각각에 기초한 리드 동작이 수행 중인 동안에도, 리드 동작 수행이 완료된 열 들에 대해서는 90°및 270° 위상을 갖는 게이트 신호들(G1와 G3) 각각에 기초한 광 전하 축적이 시작될 수 있다.

도 19a 내지 도 19e는 픽셀 어레이(833)에 포함되는 단위 픽셀의 예들을 나타낸다. 도 19a를 참조하면, 도 8의 픽셀 어레이(833)의 일부를 구성하는 단위 픽셀 어레이는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B) 및 거리 픽셀(Z)을 포함할 수 있다.

거리 픽셀(Z)의 구조는 도 12에 도시된 바와 같이 1-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀이거나, 또는 도 16에 도시된 2-탭 픽셀 구조를 갖는 거리 픽셀일 수 있다. 거리 픽셀(Z)는 적외선 영역에 속하는 파장들에 상응하는 거리 픽셀 신호를 생성한다.

레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루 픽셀(B)은 컬러 픽셀(C)이라고 불릴 수 있다. 레드 픽셀(R)은 가시광 영역 중에서 레드 영역에 속하는 파장들에 상응하는 레드 픽셀 신호를 생성하고, 그린 픽셀(G)은 상기 가시광 영역 중에서 그린 영역에 속하는 파장들에 상응하는 그린 픽셀 신호를 생성하고, 블루 픽셀(B)은 상기 가시광 영역 중에서 블루 영역에 속하는 파장들에 상응하는 블루 픽셀 신호를 생성한다. 컬러 픽셀(C)들은 마젠타 픽셀(magenta pixel), 사이언 픽셀(cyan pixel) 및 옐로우 픽셀(yellow pixel)로 대체될 수 있다.

도 19a 내지 19e에 도시된 단위 픽셀 어레이는 설명의 편의를 위하여 예시적으로 도시한 것으로서 단위 픽셀 어레이의 패턴과 상기 패턴을 구성하는 픽셀들은 실시 예에 따라 다양한 변형이 가능하다. 특히 도 19d와 도 19e는 컬러 픽셀(C) 및 거리 픽셀(Z)들이 3차원 구조로 적층 될 수 있음을 나타낸다.

도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 및/또는 이미지 센싱 장치를 나타내는 도면이다. 도 8및 도 20을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 거리 및/또는 이미지 처리(또는 픽업) 장치(200)는 광원(LS)로부터 출력되는 출력 광이 피사체에 반사되는 반사 광을 렌즈(LE)를 통해 수신하여, 피사체에 대한 거리 및/또는 이미지 정보(IMG)로 센싱 하는 센서(201)를 포함할 수 있다. 센서(201)는 도 1 내지 도 19e에 도시된 실시예에 상응한다.

본 발명의 실시 예에 따른 거리 및/또는 이미지 처리 장치(200)는 센서(201)를 제어하는 컨트롤러(204) 및 센서(201)에 의해 센싱 된 거리 및/또는 이미지 정보에 대한 신호 처리를 수행하는 신호 처리 회로(203)를 구비하는 프로세서(202)를 더 포함할 수 있다.

도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 신호 처리 시스템을 나타내는 도면이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리 시스템(210)은 신호 처리 장치(211) 및 신호 처리 장치(211)로부터 제공되는 거리 및/또는 이미지를 디스플레이 하는 디스플레이 장치(212)를 구비할 수 있다. 신호 처리 장치(211)는 도 1 내지 도 19e에 도시된 바와 같은 거리 및/또는 이미지 정보를 센싱하는 센서(213)와 프로세서(214)를 포함한다.

프로세서(214)는 신호 처리 장치(215)와 컨트롤러(216)를 구비한다. 또한, 프로세서(214)는 센서(2111)로부터 제공되는 거리 및/또는 이미지 정보를 디스플레이 장치(212)로 전송하는 인터페이스(217)을 더 구비할 수 있다.

도 22는 도 5 또는 도 8에 도시된 거리 측정 장치를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다. 도 22를 참조하면, 전자 시스템(2000)은 (mobile industry processor interface; MIPIㄾ)를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 테블릿 PC(tablet personal computer) 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다. 상기 전자 시스템(2000)은 어플리케이션 프로세서(2110), 이미지 센서 모듈(2140) 및 디스플레이(2150)를 포함한다.

어플리케이션 프로세서(2110)에 구현된 CSI 호스트(2112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 이미지 센서 모듈(2140)의 CSI 장치(2141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. CSI 호스트(2112)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(2141)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다.

DSI 호스트(2212)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(2150)의 DSI 장치(2151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다.

일 실시 예에서, DSI 호스트(2212)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(2151)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다. 나아가, 전자 시스템(2000)은 어플리케이션 프로세스(2110)와 통신을 수행할 수 있는 RF(Radio Frequency) 칩(2160)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(2000)의 PHY(2113)와 RF 칩(2160)는 MIPIㄾ(Mobile Industry Processor Interface) Dig RF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(2110)는 PHY(2113)의 MIPIㄾ Dig RF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 Dig RF MASTER(2114)를 더 포함할 수 있다. 한편, 전자 시스템(2000)은 GPS(Global Positioning System, 2120), 스토리지(2170), 마이크(2180), DRAM(Dynamic Random Access Memory, 2185) 및 스피커(2190)를 포함할 수 있다. 또한 전자 시스템(2000)은 UWB(Ultra WideBand, 2210), WLAN(Wireless Local Area Network, 2220) 및 WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access, 2230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 전자 시스템(2000)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 이에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

30: 픽셀31, 40a~40b: 광전 변환 소자
32: 포토 게이트 신호 라인
33: 리셋 게이트/트랜스퍼 게이트 신호 라인
50: 거리 측정 장치
51: 타이밍 컨트롤러
52: 거리 센서
53: 렌즈
54: 광 모듈
55 피사체

Claims (10)

1. 피사체에 광 신호를 방사하고, 상기 피사체로부터 제공되는 반사 광 신호와의 위상 차이를 검출하여 거리를 측정하는 방법에 있어서,
   상기 광 신호 방사를 제어하기 위한 제1 광 검출 제어 신호를 생성하는 단계;
   적어도 이전 프레임 동작 동안의 센싱 전압 레벨을 리셋하기 위한 셔터링 동작 구간 동안 제1 전압 레벨을 갖는 마스크 신호를 생성하는 단계; 및
   상기 마스크 신호를 이용하여 상기 제1 광 검출 제어 신호가 상기 셔터링 동작 구간 동안 마스킹된 제2 광 검출 제어 신호를 생성하는 단계
   를 포함하는 거리 측정 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 거리 측정 방법은, 검출된 상기 위상 차와 리셋 전압 레벨을 이용한 상호 연관된 이중 샘플링(CDS) 방식을 통해 이루어지는 거리 측정 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 마스크 신호는 적어도 상기 리셋 전압 레벨 측정을 위한 제1 리셋 제어 신호의 온 구간 동안 상기 제1 전압 레벨을 유지하는 거리 측정 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 상호 연관된 이중 샘플링 방식은, 상기 반사 광 신호에 의한 전압 레벨을 검출하는 제1 구간과, 센싱 노드를 리셋하기 위해 제어하는 제2 리셋 제어 신호가 상기 제1 전압 레벨을 갖는 제2 구간과, 상기 센싱 노드로부터 리셋 전압을 검출하는 제3 구간을 갖는 거리 측정 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마스크 신호는 적어도 상기 제1 내지 제3 구간 동안 상기 제1 전압 레벨을 유지하는 거리 측정 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 광 검출 제어 신호를 생성하는 단계 후, 상기 제2 광 검출 제어 신호를 이용하여 상기 광 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 거리 측정 방법.
7. 피사체에 광 신호를 방사하고, 상기 피사체로부터 제공되는 반사 광 신호와의 위상 차이를 검출하여 거리를 측정하는 장치에 있어서,
   상기 광 신호 방사를 제어하기 위한 제1 광 검출 제어 신호와 적어도 이전 프레임 동작 동안의 센싱 전압 레벨을 리셋하기 위한 셔터링 동작 구간 동안 제1 전압 레벨을 갖는 마스크 신호를 생성하는 타이밍 컨트롤러;
   상기 마스크 신호를 이용하여 상기 제1 광 검출 제어 신호가 상기 셔터링 동작 구간 동안 마스킹된 제2 광 검출 제어 신호를 생성하는 포토게이트 컨트롤러; 및
   상기 제2 광 검출 제어 신호에 응답하여 상기 반사 광 신호를 센싱하는 픽셀을 복수 개 포함하는 픽셀 어레이
   를 포함하는 거리 측정 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 타이밍 컨트롤러로부터 로우 제어 신호를 제공받아 디코딩된 로우 어드레스를 발생하여 상기 픽셀 어레이의 로우를 선택하며, 상기 디코딩된 로우 어드레스를 상기 포토 게이트 컨트롤러로 제공하는 로우 디코더를 더 포함하는 거리 측정 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 포토 게이트 컨트롤러는, 상기 디코딩된 로우 어드레스, 상기 제1 광 검출 제어 신호 및 상기 마스크 신호를 논리 연산하여 상기 제2 광 검출 제어 신호를 생성하는 거리 측정 장치.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이로부터 검출된 상기 위상 차와 리셋 전압 레벨을 이용하여 상호 연관된 이중 샘플링(CDS)을 실시하는 상호 연관된 이중 샘플링 부를 더 포함하는 거리 측정 장치.

Images