KR20140092712A

KR20140092712A - 센싱 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서

Info

Publication number: KR20140092712A
Application number: KR1020130005113A
Authority: KR
Inventors: 김승현; 이용제; 공주영; 김성철; 박윤동; 박희우; 차승원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2014-07-24
Also published as: US20140198183A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 이미지 센서에 포함된 센싱 픽셀은, 피사체로부터 반사된 변조광를 변환하여 전기 신호를 생성하는 광전 변환 소자; 캡쳐 신호가 게이트에 인가되고, 상기 광전 변환 소자가 드레인에 연결된 캡쳐 트랜지스터; 전달 신호가 게이트에 인가되고, 상기 캡쳐 트랜지스터의 소스가 드레인에 연결되고, 플로팅 확산 영역이 소스에 연결된 전달 트랜지스터를 포함한다.

Description

센싱 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서{Sensing Pixel and Image Sensor including Thereof}

본 발명은 센싱 픽셀에 관한 것으로, 특히 3차원 센싱 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서 에 관한 것이다.

디지털 카메라, 디지털 캠코더 및 이들의 기능을 포함하는 휴대폰 등이 널리 보급됨에 따라, 이미지 센서가 급속히 발전하고 있다. 일반적인 카메라로 촬영된 영상은 카메라로부터 피사체까지의 거리에 관한 정보를 갖지 않는다. 피사체까지의 정확한 거리 정보를 얻기 위하여 광비행시간법(Time-of-Flight; ToF)이 개발되었다. ToF 방법은 레이저 빔을 피사체에 조사한 후, 피사체로부터 반사되는 광이 수광부에서 수광되기까지의 광 비행시간을 측정하는 방법이다. ToF 방법에 따르면, 특정 파장의 빛(예컨대, 850nm의 근적외선)을 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)를 이용하여 피사체에 투사하고, 피사체로부터 반사된 동일한 파장의 빛을 수광부에서 수광한다. ToF 센서에서 kTC 노이즈가 최대한 제거하는 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 선명한 해상도를 가지도록 센싱 픽셀 및 이미지 센싱 시스템을 제공하는 데 있다.

바람직하게는, 상기 캡쳐 신호는 상기 캡쳐 트랜지스터가 전기 신호를 축적하는 동안 하이로 유지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전달 신호는 상기 캡쳐 트랜지스터가 전기 신호를 축적하는 동안 로우로 유지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캡쳐 트랜지스터가 상기 전기 신호를 일정 시간 축적한 후에, 상기 캡쳐 신호는 로우로 변경되고, 상기 전달 신호는 하이로 변경되어, 상기 축적된 전기 신호가 상기 플로팅 확산 영역으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 축적된 전기 신호가 상기 플로팅 확산 영역으로 전달되도록 한 후에 상기 플로팅 확산 영역이 신호 레벨 샘플링 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 리셋 신호가 게이트에 인가되고, 전원 전압이 드레인에 연결되고, 상기 플로팅 확산 영역이 소스에 연결되는 리셋 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 캡쳐 신호는 로우로 변경되고, 상기 전달 신호는 하이로 변경되기 전에, 상기 리셋 신호를 제어하여, 상기 플로팅 확산 영역이 리셋 레벨 샘플링 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캡쳐 트랜지스터의 소스와 드레인 영역의 불순물 농도가 상기 플로팅 확산 영역의 불순물 농도 보다 낮은 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캡쳐 신호는 상기 변조광과의 위상 차가 각각 0도, 90도, 180도 그리고 270도 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캡쳐 트랜지스터는 복수이고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제1 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상 차가 0도, 180도인 캡쳐 신호들이 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제2 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상차가 90도, 270도인 캡쳐 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캡쳐 트랜지스터는 복수이고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제1 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상 차가 0도인 캡쳐 신호들이 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제2 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상차가 90도인 캡쳐 신호가 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제3 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상 차가 180도인 캡쳐 신호들이 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제4 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상차가 270도인 캡쳐 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 센싱 픽셀은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나를 수신하도록 컬러 필터를 통과하는 광 신호를 전기 신호롤 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 3차원 이미지 센서은, 변조광을 피사체로 조사하는 광원; 상기 피사체로부터 반사되는 변조광에 따라 이미지 신호를 출력하는 센싱 픽셀을 적어도 하나 이상 포함하는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이의 각 행을 구동하는 구동 신호를 발생하는 로우 디코더; 상기 픽셀 어레이에서 출력되는 픽셀 신호들로부터 컬러 이미지와 깊이 이미지를 생성하는 화상 처리부; 및 상기 로우 디코더와 화상 처리부에 타이밍 신호 및 제어 신호를 제공하는 타이밍 발생 회로를 포함하고, 상기 센싱 픽셀은, 상기 피사체로부터 반사된 변조광를 변환하여 전기 신호를 생성하는 광전 변환 소자; 캡쳐 신호가 게이트에 인가되고, 상기 광전 변환 소자가 드레인에 연결된 캡쳐 트랜지스터; 전달 신호가 게이트에 인가되고, 상기 캡쳐 트랜지스터의 소스가 드레인에 연결되고, 플로팅 확산 영역이 소스에 연결된 전달 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 센싱 픽셀 및 이미지 센싱 시스템은 전자들을 축적하는 동작과 전달 트랜지스터를 통해 플로팅 확산 영역으로 전송하는 동작이 구분될 수 있으므로, 보다 선명한 해상도를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서 3차원 이미지 센서에 포함된 하나의 센싱 픽셀(100)에 대응하는 등가 회로를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 하나의 픽셀 등가 회로에 대응하는 반도체 소자의 일부 단면을 설명하는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 센서를 도시하는 도면이다.
도 4a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 이미지 센서에 포함된 하나의 센싱 픽셀(100_a)에 대응하는 등가 회로를 설명하는 도면이다.
도 4b 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 이미지 센서에 포함된 하나의 센싱 픽셀(100_b)에 대응하는 등가 회로를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1, 도 4a, 도 4b의 센싱 픽셀들(100, 100_a, 100_b)에 의한 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6a은 도 1의 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PX1, PX2)에 의한 거리 정보 또는 깊이 정보를 계산하는 동작을 설명하는 제1 예의 도면이다.
도 6b은 도 1의 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PX1, PX2)에 의한 거리 정보 또는 깊이 정보를 계산하는 동작을 설명하는 제2 예의 도면이다.
도 7은 도3의 픽셀 어레이 상에 배치되는 컬러 필터 어레이를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 픽셀 어레이 일부의 I-I' 선에 따른 단면을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 7의 X11 적색 픽셀에서의 제1 내지 제4 픽셀 신호들의 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 7의 X12 녹색 픽셀에서의 제1 내지 제4 픽셀 신호들의 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 11은 도 7의 X22 청색 픽셀에서의 제1 내지 제4 픽셀 신호들의 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 12은 도 3의 이미지 센서를 이용하는 이미지 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도 13은 도 17의 이미지 처리 시스템을 포함하는 컴퓨터 시스템을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이미지 센서는 픽셀(pixel) 또는 포토 사이트(photosite)로 불리는 작은 포토 다이오드들(photodiode)들의 어레이로서 구성된다. 일반적으로, 픽셀은 빛으로부터 색상을 직접적으로 추출할 수 없으며, 넓은 스펙트럼 밴드의 광자(photon)를 전자로 변환한다. 이미지 센서의 픽셀은 넓은 스펙트럼 밴드의 빛 중 색상 획득에 필요한 밴드의 빛만을 입력 받을 필요가 있다. 이미지 센서의 픽셀은 컬러 필터(color filter) 등과 결합하여 특정 색상에 대응하는 광자만을 전자로 변환할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서는 컬러 이미지를 획득한다.

이미지 센서를 이용하여 깊이 이미지를 획득하기 위해서는, 대상물과 이미지 센서 간의 거리에 관한 정보를 얻을 필요가 있다. 광원으로부터 조사된 변조광과 대상물에서 반사되어 이미지 센서의 픽셀로 입사되는 반사광 사이에 위상차(

)가 발생한다. 위상차(

)는 조사된 변조광이 대상물에 의해 반사되고, 반사광이 이미지 센서에 의해 감지될 때까지의 시간을 나타낸다. 위상차(

)로부터 대상물과 이미지 센서 간의 거리 정보 또는 깊이 정보를 계산할 수 있다. 즉, 이미지 센서는 광의 비행 시간(Time Of Flight: TOF)을 이용하여 대상물과 이미지 센서 간의 거리에 관해 재구성된 영상을 깊이 이미지로 표현한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서 3차원 이미지 센서에 포함된 하나의 센싱 픽셀(100)에 대응하는 등가 회로를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 픽셀(100)은 광전 변환 영역(60)에 두 개의 광전 변환 소자(PX1, PX2)가 형성되어 있는 2-탭 픽셀 구조를 갖는다. 픽셀(100)은 제1 광전 변환 소자(PX1)과 연결된 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1), 제1 전달 트랜지스터(TX1), 제1 드라이브 트랜지스터(DX1), 제1 선택 트랜지스터(SX1) 그리고 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 포함한다. 또한, 픽셀(100)은 제2 광전 변환 소자(PX2)과 연결된 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2), 제2 전달 트랜지스터(TX2), 제2 드라이브 트랜지스터(DX2), 제2 선택 트랜지스터(SX2) 그리고 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 포함한다.

광전 변환 영역(60)은 빛을 감지할 수 있다. 광전 변환 영역(60)은 감지된 빛에 의해 전자-정공 쌍(EHP)을 생성할 수 있다. 제1 광전 변환 소자(PX1)에는 제1 게이트 신호(PG1)로 인가되는 전압에 의해 디플리션 영역이 형성될 수 있다. 이 디플리션 영역에 의하여 EHP의 전자와 정공이 분리되고, 전자는 제1 광전 변환 소자(PX1) 하부에 축적될 수 있다.

제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)는 제1 캡쳐 신호(CG1)가 그 게이트에 인가되고, 제1 광전 변환 소자(PX1)가 그 드레인에 연결되고, 제1 전달 트랜지스터(TX1)이 그 소스에 연결된다. 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)는 제1 캡쳐 신호(CG1)에 응답하여 제1 광전 변환 소자(PX1) 하부의 전자를 보유하고 있거나 전자를 제1 전달 트랜지스터(TX1)에 전달할 수 있다. 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)는 제1 캡쳐 신호(CG1)에 의해 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제1 전달 트랜지스터(TX1)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제1 전달 트랜지스터(TX1)는 제1 전달 신호(TG1)가 그 게이트에 인가되고, 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)가 그 드레인에 연결되고, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 그 소스에 연결된다. 제1 전달 트랜지스터(TX1)는 제1 전달 신호(TG1)에 응답하여 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)가 보유하고 있는 전자를 전달할 수 있다. 제1 전달 트랜지스터(TX1)는 제1 전달 신호(TG1)에 의해 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)와 제1 플로팅 확산 영역(FD1)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제1 드라이브 트랜지스터(DX1)는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 그 게이트에 인가되고, 전원 전압(VDD)이 그 드레인에 연결되고, 제1 선택 트랜지스터(SX1)에 그 소스가 연결된다. 제1 드라이브 트랜지스터(DX1)의 소스 단자의 전압은 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압에 의해 결정된다. 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압은 제1 광전 변환 소자(PX1)에서 전달되는 전자의 양에 의해 결정된다.

제1 선택 트랜지스터(SX1)는 행 제어 신호인 제1 선택 신호(SEL1)가 그 게이트에 인가되고, 제1 드라이브 트랜지스터(DX1)의 소스가 그 드레인에 연결되고, 픽셀 어레이 내 비트라인에 그 소스가 연결된다. 비트라인으로 픽셀 신호가 출력된다.

제1 리셋 트랜지스터(RX1)는 제1 리셋 신호(RG1)가 그 게이트에 인가되고, 전원 전압(VDD)이 그 드레인에 연결되고, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 그 소스에 연결된다. 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압에 기초하여 픽셀 정보 검출 과정이 수행된 후, 제1 리셋 신호(RG1)가 활성화되면 제1 리셋 트랜지스터(RX1)는 제1 플로팅 확산 영역(FD1)의 전압을 전원 전압(VDD)으로 리셋시킨다.

제2 광전 변환 소자(PX2)에는 제2 게이트 신호(PG2)로 인가되는 전압에 의해 디플리션 영역이 형성될 수 있다. 이 디플리션 영역에 의하여 EHP의 전자와 정공이 분리되고, 전자는 제2 광전 변환 소자(PX2) 하부에 축적될 수 있다.

제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)는 제2 캡쳐 신호(CG2)가 그 게이트에 인가되고, 제2 광전 변환 소자(PX2)가 그 드레인에 연결되고, 제2 전달 트랜지스터(TX2)이 그 소스에 연결된다. 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)는 제2 캡쳐 신호(CG2)에 응답하여 제2 광전 변환 소자(PX2) 하부의 전자를 보유하고 있거나 전자를 제2 전달 트랜지스터(TX2)에 전달할 수 있다. 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)는 제2 캡쳐 신호(CG2)에 의해 제2 광전 변환 소자(PX2)와 제2 전달 트랜지스터(TX2)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제2 전달 트랜지스터(TX2)는 제2 전달 신호(TG2)가 그 게이트에 인가되고, 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)가 그 드레인에 연결되고, 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 그 소스에 연결된다. 제2 전달 트랜지스터(TX2)는 제1 전달 신호(TG2)에 응답하여 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)가 보유하고 있는 전자를 전달할 수 있다. 제1 전달 트랜지스터(TX2)는 제2 전달 신호(TG2)에 의해 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)와 제2 플로팅 확산 영역(FD2)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제2 드라이브 트랜지스터(DX2)는 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 그 게이트에 인가되고, 전원 전압(VDD)이 그 드레인에 연결되고, 제2 선택 트랜지스터(SX2)에 그 소스가 연결된다. 제2 드라이브 트랜지스터(DX2)의 소스 단자의 전압은 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 전압에 의해 결정된다. 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 전압은 제2 광전 변환 소자(PX2)에서 전달되는 전자의 양에 의해 결정된다.

제2 선택 트랜지스터(SX2)는 행 제어 신호인 제2 선택 신호(SEL2)가 그 게이트에 인가되고, 제2 드라이브 트랜지스터(DX2)의 소스가 그 드레인에 연결되고, 픽셀 어레이 내 비트라인에 그 소스가 연결된다. 비트라인으로 픽셀 신호가 출력된다.

제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 제2 리셋 신호(RG2)가 그 게이트에 인가되고, 전원 전압(VDD)이 그 드레인에 연결되고, 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 그 소스에 연결된다. 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 전압에 기초하여 픽셀 정보 검출 과정이 수행된 후, 제2 리셋 신호(RG2)가 활성화되면 제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 전압을 전원 전압(VDD)으로 리셋시킨다. 구체적인 센싱 픽셀(100)의 동작에 대해서는 도 5에서 후술한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 픽셀(100)은 광전 변환 소자(PX1, PX2)에서 발생된 전자들을 축적하는 동작과 전달 트랜지스터를 통해 플로팅 확산 영역으로 전송하는 동작이 구분될 수 있으므로, 보다 선명한 해상도를 가지도록 센싱을 할 수 있다.

도 2는 도 1의 하나의 픽셀 등가 회로에 대응하는 반도체 소자의 일부 단면을 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 제1 도전형, 예컨대 p형의 반도체 기판(70)에는 대상물로부터의 반사광을 광 신호로서 수광하여 EHP를 생성하는 광전 변환 영역(60)이 형성되어 있다. 광전 변환 영역(60) 상부에 이격되어 2개의 광전 변환 소자(PX1, PX2)가 형성되어 있다.

반도체 기판(70) 표면의 일부에 매립되고, 광전 변환 소자(PX1, PX2)에 의해 EHP에서 분리되는 신호 전자를 축적하는 고농도의 제2 도전형, 예컨대 n+형의 전하 저장 영역(62, 64)이 형성되어 있다. 반도체 기판(70) 표면에는 전하 저장 영역(62, 64)과 이격되어 매립되는 고농도의 제2 도전형, 예컨대 n+형의 전하 저장 영역(66, 68)이 형성되어 있다. 전하 저장 영역(62, 64)과 전하 저장 영역(66, 68) 사이의 반도체 기판(70) 상부에 캡쳐 트랜지스터(CX1, CX2)의 게이트 전극이 형성되어 있다.

또한, 반도체 기판(70) 표면에는 전하 저장 영역(66, 68)과 이격되어 매립되는 고농도의 제2 도전형, 예컨대 n++형의 플로팅 확산 영역(FD1, FD2)이 형성되어 있다. 전하 저장 영역(66, 68)과 플로팅 확산 영역(FD1, FD2) 사이의 반도체 기판(70) 상부에 전달 트랜지스터(TX1, TX2)의 게이트 전극이 형성되어 있다.

광전 변환 영역(60)은 반사광(RL)에 의해 EHP를 생성할 수 있다. 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2) 각각에는 제1 게이트 신호(PG1)와 제2 게이트 신호(PG2)가 인가된다. 제1 게이트 신호(PG1)와 제2 게이트 신호(PG2)는 서로 위상이 다른 펄스 전압으로 인가된다. 예시적으로, 제1 게이트 신호(PG1)와 제2 게이트 신호(PG2)는 180도 위상 차를 가질 수 있다.

제1 게이트 신호(PG1)에 예컨대, 2~3 V 정도의 전압(로직 하이)이 인가되면, 제1 광전 변환 소자(PX1) 아래의 광전 변환 영역(60)에 디플리션 영역(61)이 크게 형성될 수 있다. 반사광(RL)에 의해서 생성된 EHP의 전자들이 디플리션 영역(61)을 따라서 전하 저장 영역(62)으로 이동하여 저장될 수 있다. 이 때, 제2 게이트 신호(PG2)에는 접지 전압(VSS; 로직 로우)이 인가되어 제2 광전 변환 소자(PX2) 아래의 광전 변환 영역(60)에는 디플리션 영역(63)이 거의 형성되지 않는다.

같은 맥락으로, 제2 게이트 신호(PG2)에 2~3 V 정도의 전압(로직 하이)이 인가되면, 제2 광전 변환 소자(PX2) 아래의 광전 변환 영역(60)에 디플리션 영역(63)이 크게 형성될 수 있다. 반사광(RL)에 의해서 생성된 EHP의 전자들이 디플리션 영역(63)을 따라서 전하 저장 영역(64)으로 이동하여 저장될 수 있다. 이 때, 제1 게이트 신호(PG1)에는 접지 전압(VSS; 로직 로우)이 인가되어 제1 광전 변환 소자(PX1) 아래의 광전 변환 영역(60)에는 디플리션 영역(61)이 거의 형성되지 않지 않는다.

제1 게이트 신호(PG1)의 전압이 로직 하이(high)와 로직 로우(low)를 반복하고, 제1 캡쳐 신호(CG1)가 하이(high)로 인가되어 있다면, 일시적으로 전자 저장 영역(62)에 저장된 전자들은 전자 저장 영역(64)에 누적적으로 저장될 수 있다. 또한, 제2 게이트 신호(PG2)의 전압이 로직 로우(low)와 로직 하이(high)를 반복하고, 제2 캡쳐 신호(CG2)가 하이(high)로 인가되어 있다면, 일시적으로 전자 저장 영역(64)에 저장된 전자들은 전자 저장 영역(68)에 누적적으로 저장될 수 있다. 구체적인 센싱 픽셀(100)의 동작에 대해서는 도 5에서 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 픽셀(100)은 캡쳐 트랜지스터를 포함하여, 전자 저장 영역(66, 68)을 더 구비할 수 있고, 광전 변환 소자(PX1, PX2)에서 발생된 전자들을 축적하는 동작과 전달 트랜지스터를 통해 플로팅 확산 영역으로 전송하는 동작이 구분되어서, 보다 선명한 해상도를 가지도록 센싱을 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 픽셀(100)은 전달 트랜지스터의 소스 및 드레인의 불순물의 농도를 달리하여, 전자 저장 영역(66, 68)에 저장된 전자들이 플로팅 확산 영역으로 신속하게 전송될 수 있으므로, 보다 선명한 해상도를 가지도록 센싱을 할 수 있다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 센서(10)를 도시하는 도면이다.

도 3를 참조하면, 광원(50)으로부터 반복 펄스 신호로서 조사되는 변조광(EL)은 타겟 대상물(52)에서 반사되고, 반사된 광(RL)은 렌즈(54)를 통하여 이미지 센서(10)에 입사된다. 광원(50)으로서는 LED 등의 고속 변조가 가능한 디바이스를 이용할 수 있다. 이미지 센서(10)는 입사한 반복 펄스 광을 광 신호로서 수광하여 대상물(52)의 컬러 이미지와 깊이 이미지로 변환한다.

이미지 센서(10)는 광원 제어부(11), 픽셀 어레이부(12), 타이밍 발생 회로(14), 로우 디코더(16) 그리고 화상 처리부(17)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(10)는 카메라, 캠코더, 멀티미디어, 광 통신(파이버 및 자유 공간 모두), 레이저 검출 및 탐지(LADAR), 적외선 현미경, 적외선 망원경을 비롯하여 의학에서 인체에 고통이나 부담을 가하지 않고 인체 표면의 미세한 온도 변화를 측정, 처리 분석하여 질병의 유무 또는 정도에 관한 의학적 정보를 출력하고 예방하는 의료 시스템인 체열 영상 진단기, 무인 산물 감시기와 해양 오염 감시 등의 환경 감시 시스템, 반도체 공정 라인에서 온도 모니터링 시스템, 건물의 단열 및 누수 탐지 시스템, 전기·전자 PCB 회로 및 부품 검사 시스템 등 그 응용 분야가 다양하다.

광원 제어부(11)는 광원(50)을 제어하고, 반복 펄스 신호의 주파수 등을 조절 할 수 있다.

픽셀 어레이부(12)는 행들과 열들로 배열되는 2차원 매트릭스형으로 복수의 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)이 배열되어 있고, 사각형상의 촬상 영역을 구성하고 있다. 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)은 행 주소와 열 주소의 조합에 의해 접근된다. 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)은 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 광전 변환 소자 또는 핀드 포토 다이오드로 구현되는 적어도 하나의 광전 변환 소자를 포함한다. 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)은 광전 변환 소자와 연결되는 전달 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터, 선택 트랜지스터 그리고 리셋 트랜지스터를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시에에 따른 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)은 캡쳐 트랜지스터를 포함한다. 각 픽셀(Xij, i=1~m, j=1~n)에서 출력되는 픽셀 신호들은 비트라인들(BLA, BLB, )을 통하여 출력된다.

타이밍 발생 회로(14)는 로우 디코더(16)와 화상 처리부(17)의 동작 타이밍을 제어한다. 타이밍 발생 회로(14)는 로우 디코더(16)와 화상 처리부(17)에 타이밍 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.

로우 디코더(16)는 픽셀 어레이(12)의 각 행을 구동하는 구동 신호들, 예컨대, 캡쳐 신호(CG), 전달 신호(TG), 리셋 신호(RG), 선택 신호(SEL) 등과 게이트 신호들(PG1, PG2)을 발생한다. 로우 디코더(16)는 구동 신호들과 게이트 신호들(PG1, PG2)에 응답하여 픽셀 어레이(12)의 복수의 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)을 행 단위로 선택한다.

화상 처리부(17)는 픽셀들(Xij, i=1~m, j=1~n)에서 출력되는 픽셀 신호들로부터 컬러 이미지와 깊이 이미지를 생성한다. 화상 처리부(17)는 CDS/ADC부(18) 및 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)를 포함한다.

CDS/ADC부(Correlated Double Sampling and Analog Digital Converter, 18)는 픽셀 어레이부(12)의 비트라인들(BLA, BLB)로 전달되는 선택된 1행 분의 픽셀 신호들에 대하여 상관 이중 샘플링하여 노이즈를 제거한다. CDS/ADC부(18)는 노이즈 제거된 픽셀 신호와 램프 발생기(미도시)로부터 출력되는 램프 신호를 비교한다. CDS/ADC부(18)는 비교 결과 출력되는 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환한다.

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 CDS/ADC부(18)에서 변환된 디지털 픽셀 신호 기초하여 해당 픽셀의 컬러 정보와 깊이 정보를 계산하여 컬러 이미지 및 깊이 이미지를 생성한다.

도 4a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 이미지 센서에 포함된 하나의 센싱 픽셀(100_a)에 대응하는 등가 회로를 설명하는 도면이다.

도 4a 를 참조하면, 센싱 픽셀(100_a)은 광전 변환 영역에 2개의 광전 변환 소자(120_a)가 형성되어 있는 2-탭 픽셀 구조를 갖는다. 광전 변환 소자(120_a)는 광 감지 소자로서, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 광전 변환 소자 또는 핀드 포토 다이오드로 구현될 수 있다. 센싱 픽셀(100_a)은 광전 변환 소자(120_a)와 연결되는 캡쳐 트랜지스터(CX1, CX2), 전달 트랜지스터(TX1, TX2), 드라이브 트랜지스터(DX1, DX2), 선택 트랜지스터(SX1, SX2) 그리고 리셋 트랜지스터(RX1, RX2)를 포함한다.

광전 변환 소자(120_a)은 감지된 빛에 의해 전자-정공 쌍(EHP)을 생성한다. 광전 변환 소자(120_a)에는 디플리션 영역이 형성되고, 이 디플리션 영역에 의하여 EHP의 전자와 정공이 분리된다.

제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)는 제1 캡쳐 신호(CG1)가 그 게이트에 인가되고, 광전 변환 소자(120_a)가 그 드레인에 연결되고, 제1 전달 트랜지스터(TX1)가 그 소스에 연결된다. 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)는 제1 캡쳐 신호(CG1)에 응답하여 제1 광전 변환 소자(120_a)의 전자를 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)의 전자 저장 영역으로 전달할 수 있다. 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)는 제1 캡쳐 신호(CG1)에 의해 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제1 전달 트랜지스터(TX1)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제1 선택 트랜지스터(SX1)는 행 제어 신호인 제1 선택 신호(SEL1)가 그 게이트에 인가되고, 제1 드라이브 트랜지스터(DX1)의 소스가 그 드레인에 연결되고, 픽셀 어레이(12) 내 비트라인(BLA)에 그 소스가 연결된다. 제1 비트라인(BLA)으로 픽셀 신호가 출력된다.

제2 선택 트랜지스터(SX2)는 행 제어 신호인 제2 선택 신호(SEL2)가 그 게이트에 인가되고, 제2 드라이브 트랜지스터(DX2)의 소스가 그 드레인에 연결되고, 픽셀 어레이(12) 내 비트라인(BLB)에 그 소스가 연결된다. 비트라인(BLB)으로 픽셀 신호가 출력된다.

제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 제2 리셋 신호(RG2)가 그 게이트에 인가되고, 전원 전압(VDD)이 그 드레인에 연결되고, 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 그 소스에 연결된다. 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 전압에 기초하여 픽셀 정보 검출 과정이 수행된 후, 제2 리셋 신호(RG2)가 활성화되면 제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 제2 플로팅 확산 영역(FD2)의 전압을 전원 전압(VDD)으로 리셋시킨다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 픽셀(100)은 광전 변환 소자(120_a)에서 발생된 전자들을 축적하는 동작과 전달 트랜지스터를 통해 플로팅 확산 영역으로 전송하는 동작이 구분될 수 있으므로, 보다 선명한 해상도를 가지도록 센싱을 할 수 있다.

도 4b 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 이미지 센서에 포함된 하나의 센싱 픽셀(100_b)에 대응하는 등가 회로를 설명하는 도면이다.

도 4b 를 참조하면, 센싱 픽셀(100_b)은 광전 변환 영역에 2개의 광전 변환 소자(120_b)가 형성되어 있는 2-탭 픽셀 구조를 갖는다. 광전 변환 소자(120_b)는 광 감지 소자로서, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 광전 변환 소자 또는 핀드 포토 다이오드로 구현될 수 있다. 센싱 픽셀(100_b)은 광전 변환 소자(120_b)와 연결되는 캡쳐 트랜지스터(CX1, CX2), 전달 트랜지스터(TX1, TX2), 제어 트랜지스터(GX1, GX2), 드라이브 트랜지스터(DX1, DX2), 선택 트랜지스터(SX1, SX2) 그리고 리셋 트랜지스터(RX1, RX2)를 포함한다.

제1 전달 트랜지스터(TX1)는 제1 제어 트랜지스터(GX1)의 드레인이 그 게이트에 인가되고, 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)가 그 드레인에 연결되고, 제1 플로팅 확산 영역(FD1)이 그 소스에 연결된다. 제1 전달 트랜지스터(TX1)는 제어 트랜지스터(GX1)를 통하여 제공되는 제1 전달 신호(TG1)에 응답하여 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)가 보유하고 있는 전자를 전달할 수 있다. 제1 전달 트랜지스터(TX1)는 제1 전달 신호(TG1)에 의해 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)와 제1 플로팅 확산 영역(FD1)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제1 제어 트랜지스터(GX1)는 제1 선택 신호(SEL1)가 그 게이트에 인가되고, 제1 전달 트랜지스터(TX1)의 게이트가 그 드레인에 연결되고, 제1 전달 신호(TG1)가 그 소스에 연결된다. 제1 제어 트랜지스터(GX1)는 제1 선택 신호(SEL1)에 응답하여 제1 전달 신호(TG1)를 제1 전달 트랜지스터(TX1)의 게이트로 제공한다.

제2 전달 트랜지스터(TX2)는 제2 제어 트랜지스터(GX2)의 드레인이 그 게이트에 인가되고, 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)가 그 드레인에 연결되고, 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 그 소스에 연결된다. 제2 전달 트랜지스터(TX2)는 제어 트랜지스터(GX2)를 통하여 제공되는 제2 전달 신호(TG2)에 응답하여 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)가 보유하고 있는 전자를 전달할 수 있다. 제2 전달 트랜지스터(TX2)는 제2 전달 신호(TG2)에 의해 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)와 제2 플로팅 확산 영역(FD2)을 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다.

제2 제어 트랜지스터(GX2)는 제2 선택 신호(SEL2)가 그 게이트에 인가되고, 제2 전달 트랜지스터(TX2)의 게이트가 그 드레인에 연결되고, 제2 전달 신호(TG2)가 그 소스에 연결된다. 제2 제어 트랜지스터(GX2)는 제2 선택 신호(SEL2)에 응답하여 제2 전달 신호(TG2)를 제2 전달 트랜지스터(TX2)의 게이트로 제공한다.

제2 선택 트랜지스터(SX2)는 행 제어 신호인 제2 선택 신호(SEL2)가 그 게이트에 인가되고, 제2 드라이브 트랜지스터(DX2)의 소스가 그 드레인에 연결되고, 픽셀 어레이(12) 내 비트라인(BL_B)에 그 소스가 연결된다. 비트라인(BLB)으로 픽셀 신호가 출력된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 픽셀(100)은 광전 변환 소자(120_b)에서 발생된 전자들을 축적하는 동작과 전달 트랜지스터를 통해 플로팅 확산 영역으로 전송하는 동작이 구분될 수 있으므로, 보다 선명한 해상도를 가지도록 센싱을 할 수 있다.

도 5는 도 1, 도 4a, 도 4b의 센싱 픽셀들(100, 100_a, 100_b)에 의한 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 광전 변환 영역(60)이 빛을 감지하면 전자를 생성한다. 생성된 전자는 제1 게이트 신호(PG1)의 전압이 로직 하이(high)와 로직 로우(low)를 반복하고, 제1 캡쳐 신호(CG1)가 하이(high)로 인가되어 있다면, 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)와 제1 전달 트랜지스터(TX1)의 전자 저장 영역에 전자가 누적적으로 저장될 수 있다.

신호 레벨 샘플링 전에 우선적으로, 제1 캡쳐 신호(CG1)가 하이(high)인 상태에서 리셋 신호(RG1)를 온(On)으로 하여, 리셋 레벨 샘플링을 실시한다.

신호 레벨 샘플링 직전에 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)를 오프(Off)로 하고, 제1 전달 트랜지스터(TX1)를 일정시간 온(On)으로 하면, 누적되었던 전자들이 플로팅 확산 영역(FD1)으로 이동한다. 제1 캡쳐 트랜지스터(CX1)를 오프(Off)로 하였으므로, 제1 광전 변환 소자(PX1)에 의하여 생성된 전자들이 플로팅 확산 영역(FD1)로 바로 이동하지 않는다.

신호 레벨 샘플링를 실시하여 리셋 레벨 샘플링과 비교를 통하여 신호의 크기를 측정한다.

제2 게이트 신호(PG2)의 전압이 로직 로우(low)와 로직 하이(high)를 반복하고, 제2 캡쳐 신호(CG2)가 하이(high)로 인가되어 있다면, 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)와 제2 전달 트랜지스터(TX2)의 전자 저장 영역에 전자가 누적적으로 저장될 수 있다.

신호 레벨 샘플링 전에 우선적으로, 제2 캡쳐 신호(CG2)가 하이(high)인 상태에서 리셋 신호(RG2)를 온(On)으로 하여, 리셋 레벨 샘플링을 실시한다.

신호 레벨 샘플링 직전에 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)를 오프(Off)로 하고, 제2 전달 트랜지스터(TX2)를 일정시간 온(On)으로 하면, 누적되었던 전자들이 플로팅 확산 영역(FD2)으로 이동한다. 제2 캡쳐 트랜지스터(CX2)를 오프(Off)로 하였으므로, 제2 광전 변환 소자(PX2)에 의하여 생성된 전자들이 플로팅 확산 영역(FD2)로 바로 이동하지 않는다.

도 4a, 도 4b의 센싱 픽셀들(100_a, 100_b)에 의한 동작도 도 1의 센싱 픽셀(100)의 동작과 유사하다.

도 6a은 도 1의 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PX1, PX2)에 의한 거리 정보 또는 깊이 정보를 계산하는 동작을 설명하는 제1 예의 도면이다.

도 6a를 참조하면, 광원(50, 도 3)으로부터 반복 펄스로 조사된 변조광(EL)과 대상물(52)에서 반사되어 픽셀(100)로 입사되는 반사광(RL)이 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여, 변조광(EL)은 정현파 형태의 반복 펄스를 가지고 설명된다. T_int는 빛이 조사되는 시간으로 적분 시간을 나타낸다. 위상차(

)는 조사된 변조광(EL)이 대상물(52)에 의해 반사되고, 반사광(RL)이 이미지 센서(10, 도 3)에 의해 감지될 때까지의 시간을 나타낸다. 위상차(

)로부터 대상물(52)과 이미지 센서(10) 간의 거리 정보 또는 깊이 정보를 계산할 수 있다.

제1 광전 변환 소자(PX1)에 인가되는 제1 게이트 신호(PG1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 인가되는 제2 게이트 신호(PG2)는 180도의 위상 차를 갖는다. 제1 게이트 신호(PG1)에 응답하여 전하 저장 영역(62)에 축적되는 제1 픽셀 신호(A'0)는 제1 게이트 신호(PG1)와 반사광(RL)이 오버랩되는 빗금친 부분으로 표시될 수 있다. 제2 게이트 신호(PG2)에 응답하여 전하 저장 영역(64)에 축적되는 제2 픽셀 신호(A'2)는 제2 게이트 신호(PG2)와 반사광(RL)이 오버랩되는 빗금친 부분으로 표시될 수 있다. 제1 픽셀 신호(A'0)와 제2 픽셀 신호(A'2)는 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.

[수학식1]

여기에서, a₀ _,n 은 조사된 변조광(EL)과의 위상 차가 0도인 제1 게이트 신호(PG1)를 n(n은 자연수)번째 인가했을 때, 픽셀(100)에서 생성되는 전자의 수를 나타낸다. a₂ _,n 은 조사 광(EL)과의 위상 차가 180도인 제2 게이트 신호(PG2)를 n(n은 자연수)번째 인가했을 때, 픽셀(100)에서 생성되는 전자의 수를 나타낸다. N은 변조광(EL)의 주파수(fm)에다가 적분 시간(Tint)을 곱한 값, 즉 N=fm*Tint로 나타낸다.

도 6b은 도 1의 제1 및 제2 광전 변환 소자들(PX1, PX2)에 의한 거리 정보 또는 깊이 정보를 계산하는 동작을 설명하는 제2 예의 도면이다.

도 6b을 참조하면, 광원(50, 도 3)으로부터 조사된 변조광(EL) 이 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여, 변조광(EL)은 구형파 형태의 반복 펄스를 가지고, 도 1의 제1 프레임(FR0) 구간의 제1 적분 시간(T0) 내 반복 펄스들 중 2개 펄스에 대하여 설명된다. 서로 180도 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가되고, 서로 180도 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가된다. 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)과 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)은 적분 시간(Tint)을 사이에 두고 순차적으로 인가된다.

제1 시점(t0)에서, 제1 게이트 신호(PG1_0)에 응답하여 전하 저장 영역(62)에 축적되는 제1 픽셀 신호(A'0)와 제3 게이트 신호(PG2_180)에 응답하여 전하 저장 영역(64)에 저장되는 제3 픽셀 신호(A'2)가 출력된다.

제2 시점(t1)에서, 제2 게이트 신호(PG1_90)에 응답하여 전하 저장 영역(62)에 축적되는 제2 픽셀 신호(A'1)와 제4 게이트 신호(PG2_270)에 응답하여 전하 저장 영역(64)에 저장되는 제4 픽셀 신호(A'3)가 출력된다. 제1 시점(t0)과 제2 시점(t1) 사이에는 적분 시간(Tint)이 존재한다.

제1 픽셀 신호(A'0), 제2 픽셀 신호(A'1), 제3 픽셀 신호(A'2), 제4 픽셀 신호(A'3)는 수학식 2과 같이 표시될 수 있다.

[수학식2]

여기에서, a_k _{, n}은 k에 해당하는 위상 차로 n(n은 자연수)번째의 해당 게이트 신호를 인가했을 때, 픽셀(100)에서 생성되는 전자의 수를 나타낸다. 조사 광(EL)을 기준으로 제1 게이트 신호(PG1_0)와의 위상 차가 0도일 때 k는 0이고, 조사 광(EL)을 기준으로 제2 게이트 신호(PG1_90)와의 위상차가 90도일 때 k는 1이고, 조사 광(EL)을 기준으로 제3 게이트 신호(PG2_180)와의 위상차가 180도일 때 k는 2이고, 조사 광(EL)을 기준으로 제4 게이트 신호(PG2_270)와의 위상차가 270도일 때 k는 3이다. N=fm*Tint이고, fm은 조사 광(EL)의 주파수를 나타내고, Tint는 적분 시간을 나타낸다.

픽셀 신호들(A'0, A'1, A'2, A'3)은, CDS/ADC부(18, 도 3)를 통해 제1 내지 제4 디지털 픽셀 신호(A0, A1, A2, A3)로 변환되어 컬러 및 깊이 영상 생성부(19, 도 3)에 전달된다. 컬러 및 깊이 영상 생성부(19, 도 3)는 제1 내지 제4 디지털 픽셀 신호(A0, A1, A2, A3)에 기초하여 해당 픽셀의 컬러 정보를 계산하여 컬러 이미지를 생성한다. 한편, 제1 내지 제4 디지털 픽셀 신호(A0, A1, A2, A3)는 수학식 3과 같이 간략화될 수 있다.

[수학식3]

여기에서,

는 백그라운드 오프셋(background offset)을 나타내고,

는 디모듈레이션 인텐시티(demodulation intensity)를 나타낸다. 디모듈레이션 인텐시티(

)는 반사광(RL)의 강도를 의미한다.

이 때, 위상차(

)는 수학식 4와 같이 계산할 수 있다.

[수학식4]

이미지 센서(10, 도 3)는 광원(50)으로부터 조사된 광(EL)과 대상물(52)에 의하여 반사되어 입사되는 반사광(RL) 사이의 시간 차(t_Δ)와 대상물(52)까지의 거리(d)를 수학식 5와 같이 추정할 수 있다.

[수학식5]

여기에서, c는 광속을 나타낸다.

따라서, 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 수학식 4와 수학식 5를 이용하여 깊이 정보(

)를 수학식 6과 같이 계산할 수 있다.

[수학식6]

도 3의 이미지 센서(10)는 컬러 이미지를 획득하기 위하여, 도 7의 컬러 필터 어레이를 픽셀 어레이(12) 상에 배치한다.

도 7을 참조하면, 컬러 필터 어레이는 각 픽셀(Xij, i=1~m, j=1~n)에 대하여 하나의 컬러 필터가 배치된다. 도 7의 컬러 필터 어레이는 각각의 2 X 2 픽셀 세트에 대해, 2개의 대각선으로 마주보는 픽셀에는 녹색 필터를 갖고, 나머지 2개 픽셀은 적색 및 청색 필터를 갖는다. 사람의 눈은 녹색에 관한 감도(sensitivity)가 가장 높기 때문에 녹색 필터를 2개 사용한다. 이러한 컬러 필터 어레이를 바이엘 패턴이라 부른다.

"R"이라 표시된 픽셀은 적색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 동작을 수행하고, "G"라 표시된 픽셀은 녹색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 동작을 수행하고, "B"라 표시된 픽셀은 청색에 관한 픽셀 이미지를 얻는 동작을 수행한다.

도 7에는 적색, 녹색, 청색에 기초한 베이어(Bayer) 패턴이 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않고, 다양한 필터 패턴들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 옥색(Cyan color), 자청색(Magenta color) 및 노란색(yellow color)에 기초한 CMY 컬러 패턴이 이용될 수도 있다.

도 8은 도 7의 픽셀 어레이 일부의 I-I' 선에 따른 단면을 설명하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 2에서 차광막(72)의 개구부(74)를 통하여 반사광(RL)이 광전 변환 영역(60)으로 입사되는 부분만을 각 픽셀(X11, X12, X22)에 표시하였다.

도 8을 참조하면, 광원(50, 도 3)으로부터 조사된 광(EL)이 대상물(52)에서 반사되어 각 픽셀(X11, X12, X22)로 입사된다. X11 픽셀로는 적색 필터(81)를 통과한 적색 반사광이 광전 변환 영역(60R)으로 입사된다. 광전 변환 영역(60R)은 적색 반사광에 의해 EHP를 생성한다. X12 픽셀로는 녹색 필터(82)를 통과한 녹색 반사광이 광전 변환 영역(60G)으로 입사된다. 광전 변환 영역(60G)은 녹색 반사광에 의해 EHP를 생성한다. X22 픽셀로는 청색 필터(83)를 통과한 청색 반사광이 광전 변환 영역(60B)로 입사된다. 광전 변환 영역(60B)은 청색 반사광에 의해 EHP를 생성한다.

X11 적색 픽셀에서, 서로 180도 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가되고, 서로 180도 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가된다. 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)과 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)은 적분 시간(Tint)을 사이에 두고 순차적으로 인가된다.

제1 게이트 신호(PG1_0)에 응답하여 전하 저장 영역(62R)에 축적되는 제1 픽셀 신호(A'_0,R)와 제3 게이트 신호(PG2_180)에 응답하여 전하 저장 영역(64R)에 저장되는 제3 픽셀 신호(A'_2,R)가 출력된다. 적분 시간(Tint) 경과 후, 제2 게이트 신호(PG1_90)에 응답하여 전하 저장 영역(62R)에 축적되는 제2 픽셀 신호(A'_1,R)와 제4 게이트 신호(PG2_270)에 응답하여 전하 저장 영역(64R)에 저장되는 제4 픽셀 신호(A'_3,R)가 출력된다.

X11 적색 픽셀에서의 제1 픽셀 신호(A'_0,R), 제2 픽셀 신호(A'_1,R), 제3 픽셀 신호(A'_2,R), 제4 픽셀 신호(A'_3,R)는 수학식 7과 같이 표시될 수 있다.

[수학식7]

수학식 7에서, X11 픽셀의 적색 컬러 값은 백그라운드 오프셋

성분으로부터 또는 디듈레이션 인텐시티

성분으로부터 신호 처리하여 추출할 수 있다. X11 적색 픽셀에서의 제1 픽셀 신호(A'_0,R), 제2 픽셀 신호(A'_1,R), 제3 픽셀 신호(A'_2,R), 제4 픽셀 신호(A'_3,R)는 도 9와 같은 타이밍으로 출력된다.

도 9를 참조하면, 제1 시점(t0)에서 도 6b에 도시된 바와 같이, 서로 180도의 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG1_90)이 적색 픽셀(X11)로 공급되면, 적색 픽셀(X11)은 동시에 측정된 제1 및 제3 픽셀 신호들(A'_0,R, A'_2,R)을 출력한다. 제2 시점(t1)에서, 서로 180의 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG2_180, PG2_270)이 적색 픽셀(X11)로 공급되면, 적색 픽셀(X11)은 동시에 측정된 제2 및 제4 픽셀 신호들(A'_1,R, A'_3,R)을 출력한다. 제1 시점(t0)과 제2 시점(t1) 사이에는 적분 시간(Tint)이 존재한다.

적색 픽셀(X11)은 각 픽셀 신호(A'_0,R, A'_1,R, A'_2,R, A'_3,R)를 동시에 측정할 수 없으므로, 적색 픽셀(X11)은 시간 차(Tint)를 두고 두 번에 나누어 두 개씩의 픽셀 신호들을 측정한다.

제1 내지 제4 적색 픽셀 신호들(A'_0,R, A'_1,R, A'_2,R, A'_3,R)은, CDS/ADC부(18, 도 3)를 통해 디지털 적색 픽셀 신호로 변환된다. 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 디지털 적색 픽셀 신호에 기초하여 해당 픽셀의 적색 컬러 정보를 계산하여 컬러 이미지를 생성한다.

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 적색 픽셀(X11)의 제1 내지 제4 디지털 적색 픽셀 신호(A_0,R, A_1,R, A_2,R, A_3,R)을 합산하여 적색 컬러 정보(

)를 수학식 8과 같이 계산한다.

[수학식 8]

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 적색 픽셀(X11)의 제1 내지 제4 디지털 적색 픽셀 신호(A_0,R, A_1,R, A_2,R, A_3,R)로부터 적색 픽셀(X11)의 위상 차(

R)를 수학식 9에 기초하여 추정할 수 있다.

[수학식 9]

이에 따라, 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)에서 적색 픽셀(X11)의 깊이 정보(

R)는 수학식 10와 같이 계산된다.

[수학식 10]

도 8의 X12 녹색 픽셀에서, 서로 180도 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가되고, 서로 180도 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가된다. 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)과 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)은 적분 시간(Tint)을 사이에 두고 순차적으로 인가된다.

제1 게이트 신호(PG1_0)에 응답하여 전하 저장 영역(62G)에 축적되는 제1 픽셀 신호(A'_0,G)와 제3 게이트 신호(PG2_180)에 응답하여 전하 저장 영역(64G)에 저장되는 제3 픽셀 신호(A'_2,G)가 출력된다. 적분 시간(Tint) 경과 후, 제2 게이트 신호(PG1_90)에 응답하여 전하 저장 영역(62G)에 축적되는 제2 픽셀 신호(A'_1,G)와 제4 게이트 신호(PG2_270)에 응답하여 전하 저장 영역(64G)에 저장되는 제4 픽셀 신호(A'_3,G)가 출력된다.

X12 녹색 픽셀에서의 제1 픽셀 신호(A'_0,G), 제2 픽셀 신호(A'_1,G), 제3 픽셀 신호(A'_2,G), 제4 픽셀 신호(A'_3,G)는 수학식 11과 같이 표시될 수 있다.

[수학식 11]

수학식 11에서, X12 픽셀의 녹색 컬러 값은 백그라운드 오프셋

성분으로부터 또는 디듈레이션 인텐시티

성분으로부터 신호 처리하여 추출할 수 있다. X12 녹색 픽셀에서의 제1 픽셀 신호(A'_0,G), 제2 픽셀 신호(A'_1,G), 제3 픽셀 신호(A'_2,G), 제4 픽셀 신호(A'_3,G)는 도 10과 같은 타이밍으로 출력된다.

도 10을 참조하면, 제1 시점(t0)에서 도 6b에 도시된 바와 같이, 서로 180도의 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)이 녹색 픽셀(X12)로 공급되면, 녹색 픽셀(X12)은 동시에 측정된 제1 및 제3 픽셀 신호들(A'_0,G, A'_2,G)을 출력한다. 제2 시점(t1)에서, 서로 180의 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)이 녹색 픽셀(X12)로 공급되면, 녹색 픽셀(X12)은 동시에 측정된 제2 및 제4 픽셀 신호들(A'_1,G, A'_3,G)을 출력한다. 제1 시점(t0)과 제2 시점(t1) 사이에는 적분 시간(Tint)이 존재한다.

녹색 픽셀(X12)은 각 픽셀 신호(A'_0,G, A'_1,G, A'_2,G, A'_3,G)를 동시에 측정할 수 없으므로, 녹색 픽셀(X12)은 시간 차(Tint)를 두고 두 번에 나누어 두 개씩의 픽셀 신호들을 측정한다.

제1 내지 제4 녹색 픽셀 신호들(A'_0,G, A'_1,G, A'_2,G, A'_3,G)은, CDS/ADC부(18, 도 3)를 통해 디지털 녹색 픽셀 신호로 변환된다. 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 디지털 녹색 픽셀 신호에 기초하여 해당 픽셀의 녹색 컬러 정보를 계산하여 컬러 이미지를 생성한다.

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 녹색 픽셀(X12)의 제1 내지 제4 디지털 녹색 픽셀 신호(A_0,G, A_1,G, A_2,G, A_3,G)을 합산하여 녹색 컬러 정보(

)를 수학식 12와 같이 계산한다.

[수학식 12]

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 녹색 픽셀(X12)의 제1 내지 제4 디지털 녹색 픽셀 신호(A_0,G, A_1,G, A_2,G, A_3,G)로부터 녹색 픽셀(X12)의 위상 차(

G )를 수학식 13에 기초하여 추정할 수 있다.

[수학식 13]

이에 따라, 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)에서 녹색 픽셀(X12)의 깊이 정보(

G )는 수학식 14와 같이 계산된다.

[수학식 14]

도 8의 X22 청색 픽셀에서, 서로 180도 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가되고, 서로 180도 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)이 제1 광전 변환 소자(PX1)와 제2 광전 변환 소자(PX2)에 각각 인가된다. 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG2_180)과 제2 및 제4 게이트 신호들(PG1_90, PG2_270)은 적분 시간(Tint)을 사이에 두고 순차적으로 인가된다.

제1 게이트 신호(PG1_0)에 응답하여 전하 저장 영역(62B)에 축적되는 제1 픽셀 신호(A'_0,B)와 제3 게이트 신호(PG2_180)에 응답하여 전하 저장 영역(64B)에 저장되는 제3 픽셀 신호(A'_2,B)가 출력된다. 적분 시간(Tint) 경과 후, 제2 게이트 신호(PG1_90)에 응답하여 전하 저장 영역(62B)에 축적되는 제2 픽셀 신호(A'_1,B)와 제4 게이트 신호(PG2_270)에 응답하여 전하 저장 영역(64B)에 저장되는 제4 픽셀 신호(A'_3,B)가 출력된다.

X22 청색 픽셀에서의 제1 픽셀 신호(A'_0,B), 제2 픽셀 신호(A'_1,B), 제3 픽셀 신호(A'_2,B), 제4 픽셀 신호(A'_3,B)는 수학식 15과 같이 표시될 수 있다.

[수학식 15]

수학식 15에서, X22 픽셀의 청색 컬러 값은 백그라운드 오프셋

성분으로부터 또는 디듈레이션 인텐시티

성분으로부터 신호 처리하여 추출할 수 있다. X22 청색 픽셀에서의 제1 픽셀 신호(A'_0,B), 제2 픽셀 신호(A'_1,B), 제3 픽셀 신호(A'_2,B), 제4 픽셀 신호(A'_3,B)는 도 11과 같은 타이밍으로 출력된다.

도 11을 참조하면, 제1 시점(t0)에서 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 180도의 위상 차를 갖는 제1 및 제3 게이트 신호들(PG1_0, PG1_90)이 청색 픽셀(X22)로 공급되면, 청색 픽셀(X22)은 동시에 측정된 제1 및 제3 픽셀 신호들(A'_0,B, A'_2,B)을 출력한다. 제2 시점(t1)에서, 서로 180의 위상 차를 갖는 제2 및 제4 게이트 신호들(PG2_180, PG2_270)이 청색 픽셀(X22)로 공급되면, 청색 픽셀(X22)은 동시에 측정된 제2 및 제4 픽셀 신호들(A'_1,B, A'_3,B)을 출력한다. 제1 시점(t0)과 제2 시점(t1) 사이에는 적분 시간(Tint)이 존재한다.

청색 픽셀(X22)은 각 픽셀 신호(A'_0,B, A'_1,B, A'_2,B, A'_3,B)를 동시에 측정할 수 없으므로, 청색 픽셀(X22)은 시간 차(Tint)를 두고 두 번에 나누어 두 개씩의 픽셀 신호들을 측정한다.

제1 내지 제4 청색 픽셀 신호들(A'_0,B, A'_1,B, A'_2,B, A'_3,B)은, CDS/ADC부(18, 도 3)를 통해 디지털 녹색 픽셀 신호로 변환된다. 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 디지털 녹색 픽셀 신호에 기초하여 해당 픽셀의 녹색 컬러 정보를 계산하여 컬러 이미지를 생성한다.

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 청색 픽셀(X22)의 제1 내지 제4 디지털 픽셀 신호(A_0,B, A_1,B, A_2,B, A_3,B)을 합산하여 청색 컬러 정보(

)를 수학식 16과 같이 계산한다.

[수학식 16]

컬러 및 깊이 영상 생성부(19)는 청색 픽셀(X22)의 제1 내지 제4 디지털 픽셀 신호(A_0,B, A_1,B, A_2,B, A_3,B)로부터 청색 픽셀(X22)의 위상 차(

B )를 수학식 17에 기초하여 추정할 수 있다.

[수학식 17]

이에 따라, 컬러 및 깊이 영상 생성부(19)에서 청색 픽셀(X12)의 깊이 정보(

B )는 수학식 18와 같이 계산된다.

[수학식 18]

한편, 컬러 이미지는 3개의 분리된 적색, 녹색, 청색 컬러(RGB) 값을 결합하여 표시된다. 각 픽셀(Xij, i=1~m, j=1~n)은 단일의 적색, 녹색 또는 청색 컬러 값만을 결정하기 때문에, 다른 2개의 손실된 컬러를 얻기 위해 이미지 내의 주변 픽셀들로부터 손실된 컬러를 추정하거나 보간하는 기술이 사용된다. 이러한 종류의 추정 및 보간 기술을 "디모자이크(demosaicing)이라 한다.

"디모자이크"란 용어는 도 7과 같이 모자이크 패턴으로 배열된 컬러 필터 어레이(CFA)가 이미지 센서(10, 도 3)의 앞에서 사용된다는 사실에서 유래된 것이다. 이 모자이크 패턴은 각 픽셀에 대하여 하나의 컬러 값만을 갖는다. 풀-컬러 이미지를 얻기 위하여, 모자이크 패턴은 "디모자이크"되어야 한다. 그러므로, 디모자이크는 전체 RGB 값이 모든 픽셀과 관련될 수 있도록 모자이크 패턴 CFA로 캡쳐된 이미지를 다시 보간하는 기술이다.

이용가능한 다수의 디모자이크 기술이 있다. 디모자이크에 대한 가장 단순한 방법들 중 하나는 쌍선형 보간법이다. 쌍선형 보간법은 대칭 선형 보간을 사용하여 독립적으로 보간되는 3개의 색 중심면(color plane)을 사용한다. 쌍선형 보간법은 보간되고 있는 컬러와 동일한 컬러를 갖는 픽셀의 가장 가까운 이웃을 사용한다. 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀에서 얻어지는 적색, 녹색, 청색 컬러(RGB) 값과 이들을 결합하는 디모자이크 알고리즘으로 이용하여 풀-컬러 이미지를 복원한다.

도 12은 도 3의 이미지 센서(10)를 이용하는 이미지 센싱 시스템을 보여주는 도면이다.

도 12을 참조하면, 이미지 센싱 시스템(160)은 도 3의 이미지 센서(10)에 결합된 프로세서(161)를 포함한다. 이미지 센싱 시스템(160)은 개별적인 집적 회로를 포함할 수 있거나, 프로세서(161)와 이미지 센서(10) 둘 다가 동일한 집적 회로 상에 있을 수 있다. 프로세서(161)는 마이크로 프로세서, 이미지 프로세서 또는 임의의 다른 유형의 제어 회로(ASIC: Application-Apecific Integrated Circuit) 등일 수 있다. 프로세서(161)는 이미지 센서 제어부(162), 영상 신호 처리부(163) 및 인터페이스부(164)를 포함한다. 이미지 센서 제어부(162)는 이미지 센서(10)로 제어 신호를 출력한다. 영상 신호 처리부(163)는 이미지 센서(10)로부터 출력되는 컬러 이미지와 깊이 이미지를 포함하는 영상 데이터를 수신하여 신호 처리한다. 인터페이스부(164)는 신호 처리된 데이터를 디스플레이(165)에 전달하여 재생하도록 한다.

이미지 센서(10)는 복수개의 픽셀들을 포함하고, 복수개의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀로부터 컬러 이미지와 깊이 이미지를 얻는다. 이미지 센서(10)는 변조광과 배경광에 의해 얻어지는 픽셀 신호에서 배경광에 의해 얻어지는 픽셀 신호를 제거한다. 이미지 센서(10)는 배경광에 의한 픽셀 신호가 제거된 픽셀 신호에 기초하여 해당 픽셀의 컬러 정보와 깊이 정보를 계산하여 컬러 이미지와 깊이 이미지를 생성한다. 이미지 센서(10)는 복수개의 픽셀들 각각의 컬러 정보를 조합하여 대상물의 컬러 이미지를 생성한다. 이미지 센서(10)는 복수개의 픽셀들 각각의 깊이 정보를 조합하여 대상물의 깊이 이미지를 생성한다.

도 13은 도 12의 이미지 센싱 시스템을 포함하는 컴퓨터 시스템을 보여주는 도면이다.

도 13을 참조하면, 컴퓨터 시스템(170)는 이미지 센싱 시스템(160)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(170)은 중앙 처리 장치(171), 메모리(172) 그리고 I/O 디바이스(173)를 더 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(170)은 플로피 디스크 드라이브(174)와 CD 롬 드라이브(175)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(170)은 시스템 버스(176)를 통하여 중앙 처리 장치(171), 메모리(172), I/O 디바이스(173), 플로피 디스크 드라이브(174), CD 롬 드라이브(175) 그리고 이미지 센싱 시스템(160)과 연결된다. I/O 디바이스(173) 또는 이미지 센싱 시스템(160)를 통해 제공되거나 중앙 처리 장치(171)에 의해서 처리된 데이터는 메모리(172)에 저장된다. 메모리(172)은 램으로 구성될 수 있다. 또한, 메모리(172)는 낸드 플래쉬 메모리와 같은 불휘발성 메모리 장치를 포함하는 메모리 카드 또는 반도체 디스크 장치(SSD)로 구성될 수 있다.

이미지 센싱 시스템(160)은 이미지 센서(10)와 이미지 센서(10)를 제어하는 프로세서(161)를 포함한다. 이미지 센서(10)는 복수개의 픽셀들을 포함하고, 복수개의 픽셀들 중 적어도 하나의 픽셀로부터 컬러 이미지와 깊이 이미지를 얻는다. 이미지 센서(10)는 변조광과 배경광에 의해 얻어지는 픽셀 신호에서 배경광에 의해 얻어지는 픽셀 신호를 제거한다. 이미지 센서(10)는 배경광에 의한 픽셀 신호가 제거된 픽셀 신호에 기초하여 해당 픽셀의 컬러 정보와 깊이 정보를 계산하여 컬러 이미지와 깊이 이미지를 생성한다. 이미지 센서(10)는 복수개의 픽셀들 각각의 컬러 정보를 조합하여 대상물의 컬러 이미지를 생성한다. 이미지 센서(10)는 복수개의 픽셀들 각각의 깊이 정보를 조합하여 대상물의 깊이 이미지를 생성한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 본 발명에서는 픽셀이 2-탭 픽셀 구조를 갖는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 1-탭 픽셀 구조, 4-탭 픽셀 구조를 갖는 픽셀이 채용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 센싱 픽셀
10 : 이미지 센싱 시스템
CX1, CX2 : 캡쳐 트랜지스터

Claims

3차원 이미지 센서에 포함된 센싱 픽셀에 있어서,
피사체로부터 반사된 변조광를 변환하여 전기 신호를 생성하는 광전 변환 소자;
캡쳐 신호가 게이트에 인가되고, 상기 광전 변환 소자가 드레인에 연결된 캡쳐 트랜지스터;
전달 신호가 게이트에 인가되고, 상기 캡쳐 트랜지스터의 소스가 드레인에 연결되고, 플로팅 확산 영역이 소스에 연결된 전달 트랜지스터를 포함하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 캡쳐 신호는 상기 캡쳐 트랜지스터가 전기 신호를 축적하는 동안 하이로 유지되는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 전달 신호는 상기 캡쳐 트랜지스터가 전기 신호를 축적하는 동안 로우로 유지되는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 캡쳐 트랜지스터가 상기 전기 신호를 일정 시간 축적한 후에,
상기 캡쳐 신호는 로우로 변경되고, 상기 전달 신호는 하이로 변경되어, 상기 축적된 전기 신호가 상기 플로팅 확산 영역으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제4항에 있어서, 상기 축적된 전기 신호가 상기 플로팅 확산 영역으로 전달되도록 한 후에 상기 플로팅 확산 영역이 신호 레벨 샘플링 되는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제4항에 있어서, 리셋 신호가 게이트에 인가되고, 전원 전압이 드레인에 연결되고, 상기 플로팅 확산 영역이 소스에 연결되는 리셋 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 캡쳐 신호는 로우로 변경되고, 상기 전달 신호는 하이로 변경되기 전에, 상기 리셋 신호를 제어하여, 상기 플로팅 확산 영역이 리셋 레벨 샘플링 되는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 캡쳐 트랜지스터의 소스와 드레인 영역의 불순물 농도가 상기 플로팅 확산 영역의 불순물 농도 보다 낮은 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 캡쳐 트랜지스터는 복수이고,
복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제1 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상 차가 0도, 180도인 캡쳐 신호들이 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제2 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상차가 90도, 270도인 캡쳐 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 캡쳐 트랜지스터는 복수이고,
복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제1 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상 차가 0도인 캡쳐 신호들이 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제2 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상차가 90도인 캡쳐 신호가 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제3 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상 차가 180도인 캡쳐 신호들이 인가되고, 복수의 캡쳐 트랜지스터 중 제4 캡쳐 트랜지스터에는 상기 변조광과 위상차가 270도인 캡쳐 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.
제1항에 있어서, 상기 센싱 픽셀은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나를 수신하도록 컬러 필터를 통과하는 광 신호를 전기 신호롤 변환하는 것을 특징으로 하는 센싱 픽셀.