KR20150125630A - A light accumulation image sensor of parallel structure having remove circuit - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a light amount accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit. More specifically, the light amount accumulation image sensor collects electrons stored on the outside of a reference phase range to accumulate only valid light amount. The present invention includes: a photodiode storing the electrons when an optical signal is received; a shutter circuit which accumulates the electrons stored in the photodiode; the collection circuit which operates half a period away from the shutter circuit and collects the electrons stored in the photodiode; and a control unit which controls the shutter circuit and the collection circuit to operate while having a delay of half a period there-between and to accumulate the electrons for multiple times based on a specific phase.

Description

수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서 { A light accumulation image sensor of parallel structure having remove circuit }BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a light accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit,

본 발명은 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기준 위상 범위 이외에 축적되는 전자를 수거하여 유효한 광량 만을 누적하는 것을 특징으로 하는 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit, and more particularly, to a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection structure, which collects electrons accumulated in a range other than the reference phase range, To an image sensor.

일반적으로 이미지센서(Image Sensor)는 디지털 카메라에 사용되고 있으며 각 화소에서 수신한 광량을 전자신호로 변환하여 하나의 영상을 생성할 수 있는 아날로그 필름과 같은 역할을 한다. 이미지센서는 빛을 검출하여 전하를 발생시키는포토 다이오드가 각 화소별로 복수 개 배열되어 있는 형태를 가진다.In general, an image sensor is used in a digital camera, and functions as an analog film that can convert an amount of light received from each pixel into an electronic signal to generate a single image. The image sensor has a form in which a plurality of photodiodes for detecting light and generating charges are arranged for each pixel.

종래의 거리 측정 카메라의 거리 측정 방법은 스테레오 카메라를 이용하여 좌우 이미지를 정합하여 거리 정보를 얻는 방법과 빛을 쏘아서 측정 대상에 반사되어 돌아오는 시간, 정확히 말하면 송신된 빛과 수신된 빛의 위상 차이를 측정하여 거리를 계산하는 방법 등이 있다.The distance measurement method of the conventional distance measuring camera is a method of obtaining the distance information by matching the right and left images using a stereo camera and a method of measuring the time difference between the reflected light and the reflected light, And a method of calculating the distance by measuring the distance.

종래의 거리 측정 장치는 한 점을 기준으로만 거리를 측정할 수 있었기에 일정 범위의 거리 정보를 획득하기 위해서는 측정자가 거리 측정 장치의 측정점을 여러 번 바꾸어주며 측정 과정을 복수 번 반복해야만 하는 문제점이 있었다.Since the conventional distance measuring apparatus can measure the distance only on the basis of one point, in order to obtain a certain range of distance information, the measuring person changes the measuring point of the distance measuring apparatus several times, and the measuring process has to be repeated a plurality of times .

이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국특허 공개번호 제10-2011-0087112호는 TOF(Time of Flight)를 이용한 3D 영상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TOF 카메라를 이용하여 차량과 물체사이의 거리를 측정하고, 측정된 거리 정보를 일반 영상 카메라로 촬영한 2D RGB 영상에 합성한 3D 영상을 사용자에게 제공하는 TOF 원리를 이용한 3D 영상 표시 장치 및 그 방법에 관한 것이다. TOF 카메라, 일반 영상 카메라를 차량의 전면, 후면, 좌측면, 우측면에 설치하여 각 방향별 영상을 3D 영상으로 합성한 후, 각 방향별 3D 영상을 병합함으로써 차량과 차량 주위 전체 환경에 대한 3D 영상을 제공한다.In order to solve such a problem, Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0087112 relates to a 3D image display device using TOF (Time of Flight), more specifically, a distance between a vehicle and an object by using a TOF camera The present invention relates to a 3D image display apparatus using a TOF principle, and a method thereof, which provide a 3D image obtained by synthesizing the measured distance information with a 2D RGB image photographed by a general image camera. TOF cameras and general video cameras are installed on the front, rear, left, and right sides of the vehicle to synthesize 3D images for each direction, and then 3D images for each direction are merged to generate 3D images .

*그러나 상기 3D 영상 표시 장치는 상기 장치가 차량에 설치되는 면에 따라 자연광 등 외부광의 세기가 상이하게 다를 수 있어 제공되는 거리 정보에 오차가 크며 3D 영상 획득을 위하여 거리에 해당되는 변조된 빛의 한 파장 동안에 해당 위상을 측정하기 위하여 여전히 셔터의 속도를 빠르게 해야 하는데 이때 3D 영상이 어두워지는 문제점이 있었다.However, since the intensity of external light such as natural light may be different according to the surface on which the apparatus is installed in the vehicle, the 3D image display device has a large error in the provided distance information, In order to measure the phase during one wavelength, we still have to speed up the shutter speed, which causes the 3D image to darken.

측정 카메라와 측정 대상과의 빛의 왕복 거리를 측정하기 때문에 전자적인 셔터 작동 시간이 짧아야 하고 셔터 작동 시간이 짧으면 수신되는 광량이 부족하여 원하는 밝기의 영상을 얻을 수 없다.Measuring the distance of light between the measurement camera and the measurement object, the electronic shutter operation time must be short. If the shutter operation time is short, the amount of received light is insufficient to obtain the desired brightness image.

또한 종래의 거리 측정 카메라는 비용 문제로 인한 낮은 해상도와 소프트웨어를 통해 단순하게 처리되는 색 구성으로 인해 입체 영상의 현실성이 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, the conventional distance measuring camera has a problem in that the reality of the stereoscopic image deteriorates due to the low resolution due to the cost problem and the color configuration that is simply processed through the software.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 빛의 왕복거리를 측정하기 위하여 변조 파장에 해당하는 위상의 광량을 주기적으로 축적함으로써 원하는 밝기의 영상을 얻을 수 있는 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서를 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the amount of light of a parallel structure having a collection circuit capable of obtaining a desired brightness image by periodically accumulating a light amount in a phase corresponding to a modulation wavelength And to provide a cumulative image sensor.

본 발명의 다른 목적은 측정하고자 하는 위상 범위 이외의 축적 광량을 수거하여 유효한 축적 광량만을 누적하는 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit for collecting accumulated light quantities other than the phase range to be measured and accumulating only effective accumulation light quantities.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구성의 전자 수거 회로가 추가됨으로써 불량 출력 값을 쉽게 제거하는 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit that easily removes a defective output value by adding an electronic collection circuit of a simple structure.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서는 광신호가 수신되면 전자를 축적하는 포토다이오드와, 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 누적하는 셔터회로와, 상기 셔터회로와 반주기로 작동하며 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 수거하는 수거회로와, 상기 셔터회로와 수거회로가 서로 반주기로 작동되도록 제어하며 일정 위상을 기준으로 전자가 복수 번 누적되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit, including a photodiode for accumulating electrons when an optical signal is received, a shutter circuit for accumulating electrons accumulated in the photodiode, And a controller for controlling the shutter circuit and the collection circuit to operate in a half period and controlling the accumulation of electrons a plurality of times based on a predetermined phase, .

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로와 수거회로는 상기 포토다이오드에 축적된 전자의 이송을 결정하는 게이트 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The shutter circuit and the collection circuit of the light quantity accumulation image sensor of the parallel structure having the collection circuit of the present invention further include a gate transistor for determining the transfer of the electrons accumulated in the photodiode.

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로는 상기 게이트 트랜지스터를 통해 이송된 전자를 누적하는 누적 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The shutter circuit of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit of the present invention may further include a accumulation transistor accumulating electrons transferred through the gate transistor.

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 제어부는 복수 개의 광신호가 각각 서로 다른 위상을 기준으로 수신되도록 상기 게이트 트랜지스터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.The controller of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit of the present invention is characterized in that the operation of the gate transistor is controlled so that a plurality of optical signals are received on the basis of different phases.

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로와 수거회로는 회로 내에 축적된 전자를 제거하는 리셋 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The shutter circuit and the collection circuit of the light quantity accumulation image sensor of the parallel structure having the collection circuit of the present invention further include a reset transistor for removing electrons accumulated in the circuit.

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 제어부는 상기 리셋 트랜지스터가 일정 위상에 따른 광신호를 복수 번 누적하는 누적 작동을 하기 직전에 리셋 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The controller of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having a collection circuit of the present invention is characterized in that the reset transistor controls the reset transistor to be reset immediately before an accumulation operation for accumulating an optical signal corresponding to a certain phase a plurality of times.

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로는 상기 누적 트랜지스터에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 화소 Row별로 출력되기 위한 제 1 출력 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The shutter circuit of the light quantity accumulation image sensor of the parallel structure having the collection circuit of the present invention further includes a first output transistor for outputting a voltage level according to the amount of electrons accumulated in the accumulation transistor for each pixel Row do.

또한 본 발명의 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로는 복수 개의 화소에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 선택적으로 출력되기 위한 제 2 출력 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The shutter circuit of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit of the present invention is further characterized by further comprising a second output transistor for selectively outputting a voltage level according to the amount of electrons accumulated in the plurality of pixels .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 의하면 빛의 왕복거리를 측정하기 위하여 변조 파장에 해당하는 위상의 광량을 주기적으로 축적함으로써 원하는 밝기의 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention, in order to measure the reciprocating distance of light, an amount of light with a phase corresponding to the modulation wavelength is periodically accumulated, There is an effect.

또한 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 의하면 측정하고자 하는 위상 범위 이외의 축적 광량을 수거하여 유효한 축적 광량만을 누적하는 효과가 있다.In addition, according to the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention, there is an effect of accumulating only the effective accumulation light quantity by collecting accumulated light quantities other than the phase range to be measured.

또한 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 의하면 간단한 구성의 전자 수거 회로가 추가됨으로써 불량 출력 값을 쉽게 제거하는 효과가 있다.In addition, according to the parallel-structured light amount accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention, an electronic collection circuit of a simple structure is added, thereby making it possible to easily remove a defective output value.

도 1은 제 1 실시 예로서 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 회로 구성을 도시한 회로도.
도 2는 제 2 실시 예로서 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 회로 구성을 도시한 회로도.
도 3은 d=0일 때 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 위상에 따른 제어부의 입력 신호와 축적 광량을 도시한 파형도.
도 4는 d=dx일 때 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 위상에 따른 제어부의 입력 신호와 축적 광량을 도시한 파형도.
도 5는 일실시 예로서 제 2 출력 트랜지스터가 포함되는 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 회로 구성을 도시한 회로도.
1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention as a first embodiment;
Fig. 2 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention as a second embodiment; Fig.
3 is a waveform diagram showing an input signal and an accumulated light amount of a control unit according to a phase of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention when d = 0;
FIG. 4 is a waveform diagram showing an input signal and an accumulated light amount of a control unit according to a phase of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention when d = dx.
5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention in which a second output transistor is included as an embodiment.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The detailed description of the functions and configurations of the present invention will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.

본 발명은 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기준 위상 범위 이외에 축적되는 전자를 수거하여 유효한 광량 만을 누적하는 것을 특징으로 하는 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 관한 것이다.The present invention relates to a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit, and more particularly, to a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection structure, which collects electrons accumulated in a range other than the reference phase range, To an image sensor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 제 1 실시 예로서 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 회로 구성을 도시한 회로도이며, 도 2는 제 2 실시 예로서 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 회로 구성을 도시한 회로도이고, 도 3은 d=0일 때 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 위상에 따른 제어부의 입력 신호와 축적 광량을 도시한 파형도이며, 도 4는 d=dx일 때 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 위상에 따른 제어부의 입력 신호와 축적 광량을 도시한 파형도이고, 도 5는 일실시 예로서 제 2 출력 트랜지스터가 포함되는 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 회로 구성을 도시한 회로도이다.Fig. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention as a first embodiment, Fig. 2 is a circuit diagram of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention as a second embodiment FIG. 3 is a circuit diagram showing the circuit configuration of the light amount accumulation image sensor of FIG. 3; FIG. 3 is a graph showing the input signal and the accumulated light amount of the control unit according to the phase of the light amount accumulation image sensor of parallel structure having the collection circuit according to the present invention when d = 4 is a waveform diagram showing an input signal and an accumulated light amount of the control unit according to the phase of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention when d = dx, Fig. 6 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit according to the present invention including a second output transistor as an embodiment.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서는 광신호가 수신되면 전자를 축적하는 포토다이오드(100)와, 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 누적하는 셔터회로(200)와, 상기 셔터회로와 반주기로 작동하며 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 수거하는 수거회로(300)와, 상기 셔터회로와 수거회로가 서로 반주기로 작동되도록 제어하며 일정 위상을 기준으로 전자가 복수 번 누적되도록 제어하는 제어부를 포함한다.As shown in FIG. 1, a parallel-structured light quantity accumulation image sensor having a collection circuit according to the present invention includes a photodiode 100 for accumulating electrons when an optical signal is received, a shutter for accumulating electrons accumulated in the photodiode, A shutter circuit (300) which operates in a half cycle with the shutter circuit and collects the electrons accumulated in the photodiode; and a control circuit which controls the shutter circuit and the collection circuit to operate in a half period, And controls the electrons to accumulate a plurality of times.

포토다이오드(100)는 광신호에 따른 전자가 축적되기 위하여 Pinned 포토다이오드가 사용되는 것이 바람직할 것이다. Pinned 포토다이오드는 일반적으로 이미지센서에 사용되는 Photodetector(광신호 검출기)로서 Quantum Efficiency(양자 효율)이 높고 Dark Current(암전류)가 낮으며 완전한 공핍이 가능한 소자이다. 양자 효율은 광 검출기에 입사된 양자에 대비해 발생된 양자의 비, 즉 포토다이오드에 입사된 광자가 전기적 에너지로 변환되는 비율(효율)을 의미하며 암전류는 빛이 조사되지 않았는데도 흐르는 전류를 말하며 불량 값을 나타낸다.In the photodiode 100, it is preferable that a pinned photodiode is used to accumulate electrons in accordance with an optical signal. Pinned photodiodes are photodetectors used in image sensors. They are high quantum efficiency, low dark current, and can be fully depleted. The quantum efficiency means the ratio of the quantum efficiency to the quantum energy incident on the photodetector, that is, the ratio (efficiency) at which the photon incident on the photodiode is converted into electrical energy. The dark current refers to the current flowing though the light is not irradiated, .

셔터회로와 수거회로는 포토다이오드를 중심으로 병렬 구조로 배열되어 상기 광량 누적 이미지센서를 구성한다.The shutter circuit and the collection circuit are arranged in a parallel structure around the photodiode to constitute the light quantity accumulation image sensor.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로(200)와 수거회로(300)는 상기 포토다이오드(100)에 축적된 전자의 이송을 결정하는 게이트 트랜지스터(201, 301)를 더 포함한다. 또한 상기 셔터회로(200)는 상기 게이트 트랜지스터(201)를 통해 이송된 전자를 누적하는 누적 트랜지스터(203)를 더 포함한다.The shutter circuit 200 and the collection circuit 300 of the light quantity accumulation image sensor of the parallel structure having the collection circuit according to the present invention are provided with gate transistors 201 and 301 for determining the transfer of electrons accumulated in the photodiode 100 ). The shutter circuit 200 further includes an accumulation transistor 203 for accumulating the electrons transferred through the gate transistor 201.

또한 상기 수거회로(300)는 상기 게이트 트랜지스터(301)를 통해 이송된 전자를 누적하는 누적 트랜지스터(303)를 더 포함할 수도 있다.The collection circuit 300 may further include an accumulation transistor 303 for accumulating the electrons transferred through the gate transistor 301.

셔터회로(200)의 게이트 트랜지스터(201)는 수신 광신호 중에 원하는 위상 영역에서 작동되어 포토다이오드(100)에 축적된 전자가 상기 셔터회로 내의 누적 트랜지스터(203)에 이적되도록 게이트를 여는 역할을 한다.The gate transistor 201 of the shutter circuit 200 serves to open the gate such that electrons accumulated in the photodiode 100 are transferred to the accumulation transistor 203 in the shutter circuit by being operated in a desired phase region of the received optical signal .

수거회로(300)의 게이트 트랜지스터(301)는 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터(201)가 작동되어 원하는 위상 영역의 축적 전자를 이적하고 난 후 상기 포토다이오드(100)에 쌓이는 불량 전자를 수거하는 역할을 한다.The gate transistor 301 of the collection circuit 300 plays a role of collecting defective electrons accumulated in the photodiode 100 after the gate transistor 201 of the shutter circuit is activated to transfer the accumulation electrons of a desired phase region do.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로(200)와 수거회로(300)는 회로 내에 축적된 전자를 제거하는 리셋 트랜지스터(202, 302)를 더 포함한다.The shutter circuit 200 and the collection circuit 300 of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention further include reset transistors 202 and 302 for removing electrons accumulated in the circuit.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로(200)는 상기 누적 트랜지스터에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 화소 Row별로 출력되기 위한 제 1 출력 트랜지스터(204)를 더 포함한다.The shutter circuit 200 of the light quantity accumulation image sensor of the parallel structure having the collection circuit according to the present invention has a first output transistor 204 for outputting a voltage level according to the amount of electrons accumulated in the accumulation transistor for each pixel Row .

도 1은 일실시 예로서 가장 많이 사용되는 4-Transistor(트랜지스터) 이미지 센서의 회로 구성을 도시하고 있으며 트랜지스터의 개수는 한정되지 않는다. 또한 화소별 기본적인 작동은 '광신호 수신→동일 위상 누적→출력'을 반복하며 동일 위상을 누적하는 유효 누적 범위 이외에 축적되는 광량은 수거회로(300)에서 수거한다.FIG. 1 shows a circuit configuration of a 4-transistor (transistor) image sensor most widely used as an embodiment, and the number of transistors is not limited. In addition, the basic operation of each pixel repeats 'optical signal reception → same phase accumulation → output', and the amount of light accumulated in addition to the effective accumulation range accumulating the same phase is collected by the collection circuit 300.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 제어부는 상기 리셋 트랜지스터(202, 302)가 일정 위상에 따른 광신호를 복수 번 누적하는 누적 작동을 하기 직전에 리셋 작동되도록 제어한다.The controller of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention controls the reset transistors 202 and 302 to reset operation immediately before the cumulative operation in which the optical signals corresponding to a certain phase are accumulated a plurality of times .

제어부는 우선 도 1에 도시된 SEL 선에 신호를 인가하여 상기 SEL 선에 게이트 단자가 결합되는 셔터회로(200)의 제 1 출력 트랜지스터(204)를 ON 작동시킨다. 이로써 전체 화소 중에 하나의 Row(행)이 선택된다.The control unit applies a signal to the SEL line shown in FIG. 1 to turn on the first output transistor 204 of the shutter circuit 200 to which the gate terminal is coupled to the SEL line. As a result, one row (row) is selected among all the pixels.

또한 RS 선과 TG_1, TG_2 선을 통해 셔터회로(200)와 수거회로(300)의 리셋 트랜지스터(202, 302)와 게이트 트랜지스터(201, 301)를 작동시킨다. 이로 인해 이전의 광신호 수신 작동에 의해 상기 포토다이오드(100)와 셔터회로 및 수거회로에 남아있는 불량 전자가 리셋된다. 리셋된 상태에서 상기 셔터회로에서 출력되는 기준 전압 레벨을 읽어낸다.The shutter circuit 200 and the reset transistors 202 and 302 and the gate transistors 201 and 301 of the collection circuit 300 are operated through the RS line and the TG_1 and TG_2 lines. As a result, the defective electrons remaining in the photodiode 100, the shutter circuit, and the collection circuit are reset by the previous optical signal receiving operation. And reads the reference voltage level output from the shutter circuit in the reset state.

상기 제어부가 상기 셔터회로와 수거회로의 리셋 트랜지스터(202, 302)와 게이트 트랜지스터(201, 301)의 작동을 OFF시키면 작동 OFF 순간부터 수신되는 광신호에 의해 상기 포토다이오드(100)에 전자가 축적된다.When the control section turns off the operation of the shutter transistor and the reset transistors 202 and 302 and the gate transistors 201 and 301 of the collection circuit, electrons are accumulated in the photodiode 100 due to an optical signal received from the moment of operation OFF do.

상기 셔터회로와 수거회로의 게이트 트랜지스터(201, 301)는 광신호의 주기에 맞춰 복수 번 작동되며 서로 반주기로 작동된다. 상기 셔터회로(200)의 게이트 트랜지스터(201)가 작동되면 상기 포토다이오드(100)에 축적된 전자가 상기 셔터회로(200)의 확산 영역으로 확산된다. 확산된 전자는 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터(203)에 누적된다.The gate transistors 201 and 301 of the shutter circuit and the collection circuit are operated a plurality of times in accordance with the period of the optical signal and are operated in a half period. When the gate transistor 201 of the shutter circuit 200 is operated, electrons accumulated in the photodiode 100 are diffused into the diffusion region of the shutter circuit 200. The diffused electrons are accumulated in the accumulation transistor 203 of the shutter circuit.

상기 수거회로(300)의 작동과 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터(201)의 작동은 반주기 차이이므로 수신하고자하는 유효 위상 범위 이외에 포토다이오드에 축적되는 불량 전자를 수거할 수 있다.Since the operation of the collection circuit 300 and the operation of the gate transistor 201 of the shutter circuit are different by half a period, defective electrons accumulated in the photodiode can be collected in addition to the effective phase range to be received.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 제어부는 복수 개의 광신호가 각각 서로 다른 위상을 기준으로 수신되도록 상기 게이트 트랜지스터(201, 301)의 작동을 제어한다.The control unit of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention controls the operation of the gate transistors 201 and 301 so that a plurality of optical signals are received based on different phases, respectively.

상기 제어부는 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터(201)가 광신호의 일정 위상을 기준으로 복수 번 작동되도록 제어하여 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터(203)에 유효한 범위 내의 전자가 누적되도록 하며 상기 수거회로의 게이트 트랜지스터(301)가 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터(201)와 반주기로 작동되도록 제어하여 유효한 범위 외의 전자가 회수되도록 한다.The controller controls the gate transistor 201 of the shutter circuit to be operated a plurality of times based on a certain phase of the optical signal to accumulate electrons within a valid range in the accumulation transistor 203 of the shutter circuit, The transistor 301 is controlled to operate in a half cycle with the gate transistor 201 of the shutter circuit so that electrons outside the effective range are recovered.

상기 기준 전압 레벨에서 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터(203)에 누적된 전자 량에 따른 전압 레벨을 빼면 수신되는 광신호의 동일 위상에서 반복 누적된 순수 전압 레벨을 얻을 수 있다. 이것을 Correlated Double Sampling이라고 한다.If the voltage level corresponding to the amount of electrons accumulated in the accumulation transistor 203 of the shutter circuit is subtracted from the reference voltage level, a repetitive accumulated pure voltage level in the same phase of the received optical signal can be obtained. This is called Correlated Double Sampling.

광량을 누적하기 위한 게이트 트랜지스터(201, 301)의 작동 횟수가 많아질수록 누적되는 광량이 커지므로 영상이 밝게 촬영될 것이며 본 발명에 따른 이미지센서와 측정 대상 간의 거리가 매우 가까워 송신 광신호와 수신 광신호의 위상 차이가 매우 작게 얻어지더라도 누적되는 횟수만큼 누적 광량의 차이도 커질 것이다.As the number of operations of the gate transistors 201 and 301 for accumulating the light amount increases, the amount of accumulated light increases, so that the image will be brightly photographed. The distance between the image sensor and the measurement object according to the present invention is very close, Even if the phase difference of the optical signal is very small, the difference in the cumulative light amount will also increase by the accumulated number of times.

또한 광신호를 누적하는 횟수는 광신호의 변조 파장이 짧으면 많아지는 것이 바람직할 것이며 사용자가 임의로 측정 대상까지의 거리를 어림잡아 미리 설정하거나 중간값으로 설정된 테스트 광신호를 송신하여 자동으로 파장의 길이 및 누적 횟수가 설정될 수도 있다.Also, it is desirable that the number of times the optical signal is accumulated increases as the modulation wavelength of the optical signal becomes short. The user may arbitrarily set the distance to the measurement target in advance or transmit the test optical signal set to the intermediate value, And the cumulative count may be set.

상기 제어부가 상기 셔터회로의 제 1 출력 트랜지스터의 작동을 OFF하면 전압 레벨이 출력되는 OUT 선으로부터 화소 Row가 분리된다.When the control unit turns OFF the operation of the first output transistor of the shutter circuit, the pixel Row is separated from the OUT line from which the voltage level is output.

상기에서 설명한 일련의 과정은 하나의 광신호 위상을 기준으로 반복 작동되는 것이므로 제 2 위상, 제 3 위상 등 복수 개의 광신호에서 서로 다른 위상을 기준으로 전자를 축적시켜 출력하는 작동을 반복하여야 한다. 서로 다른 위상을 기준으로 누적된 전자량에 따른 출력을 비교하여 송신 광신호와 수신 광신호 사이의 시간차이를 정확도 높게 알 수 있다.Since the series of processes described above are repeatedly performed based on one optical signal phase, the operation of accumulating and outputting electrons based on different phases in a plurality of optical signals such as a second phase and a third phase should be repeated. It is possible to know the time difference between the transmission optical signal and the reception optical signal with high accuracy by comparing outputs according to accumulated amounts of electrons based on different phases.

송신 광신호는 누적하고자 하는 위상의 개수와 동일하게 복수 번 송신되어야 하며 상기 제어부는 상기 송신 광신호와 동기를 맞추어 복수 개의 트랜지스터가 작동되도록 제어한다.The transmission optical signal should be transmitted a number of times equal to the number of phases to be accumulated and the control unit controls the plurality of transistors to operate in synchronization with the transmission optical signal.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수거회로(300)는 도 1에 도시된 누적 트랜지스터(303)가 포함되지 않을 수도 있다. 상기 수거회로에 누적 트랜지스터가 포함되지 않으면 게이트 트랜지스터(201)와 리셋 트랜지스터(302) 2개의 트랜지스터로만 회로가 구성될 수 있다. 이로 인해 수거회로(300)가 매우 간소화되어 본 발명에 따른 이미지센서의 집적도를 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 2, the collection circuit 300 may not include the accumulation transistor 303 shown in FIG. If the accumulation transistor is not included in the collection circuit, the gate transistor 201 and the reset transistor 302 can be constituted by only two transistors. Accordingly, the collection circuit 300 is greatly simplified, and the integration degree of the image sensor according to the present invention can be improved.

도 3은 d=0일 때 기준 위상에 따른 제어부의 상기 셔터회로와 수거회로 제어 신호와 축적되는 광량을 도시한다. 본 발명에 따른 이미지센서와 측정 대상 간의 거리가 0이면 송신 광신호와 수신 광신호의 시간 차이 및 위상 차이는 0일 것이므로 도 3의 LED Source 파형과 Returning Light 파형은 동일하게 도시되어 있다.3 shows the amount of light accumulated in the shutter circuit and the collection circuit control signal of the control unit according to the reference phase when d = 0. If the distance between the image sensor and the measurement object according to the present invention is 0, the time difference and the phase difference between the transmission optical signal and the reception optical signal are 0, so that the LED source waveform and the returning light waveform of FIG.

도 3의 상단 파형은 d=0일 때 상기 셔터회로가 위상 0도를 기준으로 광량을 누적하기 위하여 상기 제어부에서 입력되는 제어 신호(TG_1) 및 상기 셔터회로와 반주기로 작동되기 위하여 상기 수거회로에 입력되는 제어 신호(TG_2)이며 하단 파형은 상기 셔터회로가 위상 180도를 기준으로 광량을 누적하기 위하여 상기 제어부에서 입력되는 제어 신호(TG_1) 및 상기 셔터회로와 반주기로 작동되기 위하여 상기 수거회로에 입력되는 제어 신호 (TG_2)이다.The top waveform of FIG. 3 shows that when the shutter circuit is set to d = 0, the control signal TG_1 input from the control unit to accumulate the amount of light with reference to the phase 0 degree, And the bottom waveform is a control signal TG_2 inputted to the control section in order to accumulate the amount of light based on the phase of 180 degrees, and a control signal TG_2 inputted to the collection circuit to operate as a half- Is an input control signal TG_2.

0도와 180도 두 개의 기준 위상에 따른 광량이 측정되기 위해서는 송신 광신호 역시 두 번 송신되어야 한다. 여러 번 측정될수록 위상차에 대한 신뢰도는 높아지지만 너무 많은 반복 측정은 시간과 에너지의 낭비를 초래하므로 2개 내지 4개의 위상을 기준으로 하는 것이 바람직할 것이다.0 and 180 degrees In order to measure the light quantity according to two reference phases, the transmission optical signal must also be transmitted twice. As the measurement is repeated several times, the reliability of the phase difference increases. However, since too many repetitive measurements result in waste of time and energy, it is preferable that the reference is based on two to four phases.

상기 셔터회로와 수거회로에 RS 신호가 동시에 인가되어 각 회로의 리셋 트랜지스터가 작동되고 TG_1, TG_2 선에 인가되는 신호로 각 회로의 게이트 트랜지스터가 작동되면 광량을 누적하기 전 초기 리셋 과정을 거친다.When an RS signal is simultaneously applied to the shutter circuit and the collection circuit so that the reset transistors of the respective circuits are activated and the gate transistors of the respective circuits are activated by signals applied to the lines TG_1 and TG_2, an initial reset process is performed before accumulating the light amount.

초기 리셋 신호를 제외하면 상기 TG_1과 TG_2에 인가되는 작동 신호는 서로 반주기이며 상기 TG_1과 TG_2 선에 반주기로 인가되는 작동 신호로 인해 상기 셔터회로와 수거회로의 게이트 트랜지스터는 서로 반주기로 작동된다.Except for the initial reset signal, the operation signals applied to the TG_1 and the TG_2 are a half period, and the shutter circuit and the gate transistor of the collection circuit operate in a half period due to an operation signal applied to the TG_1 and TG_2 lines in a half period.

이에 따라 상기 셔터회로는 도 3의 FD_1 파형에서 빗금 친 부분만큼 전자가 누적되며 상기 수거회로는 상기 셔터회로가 전자를 누적하는 영역 이외의 영역에 축적되는 전자를 수거해 간다. 또한 상기 수거회로는 초기 리셋이 되고 난 후에도 남아 있을 수 있는 불량 전자를 수거한다.Accordingly, electrons are accumulated in the shutter circuit by a hatched portion in the waveform FD_1 shown in Fig. 3, and the collection circuit collects electrons accumulated in an area other than the area where the shutter circuit accumulates electrons. In addition, the collection circuit collects defective electrons that may remain after the initial reset.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 제어부는 상기 셔터회로와 수거회로의 리셋 트랜지스터(202, 302)가 상기 셔터회로에 포함되는 게이트 트랜지스터(201)의 복수 번 작동 후에 누적된 전자 량에 따른 전압 레벨이 출력되면 리셋 작동되도록 제어한다.The controller of the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention is configured such that the shutter circuit and the reset transistors 202 and 302 of the collection circuit are operated after the gate transistor 201 included in the shutter circuit is operated a plurality of times And controls to reset when the voltage level corresponding to the accumulated amount of electrons is outputted.

셔터회로와 수거회로의 리셋 트랜지스터는 처음에 기본적인 초기 리셋 작동을 수행한 후 OFF되어 있다가 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적된 전자가 출력되고 나면 ON되어 다시 초기 리셋 작동을 수행하여 불필요하게 남아있는 전자를 리셋시킨다.The reset transistor of the shutter circuit and the pick-up circuit is turned off after initially performing a basic initial reset operation and then turned on after electrons accumulated in the cumulative transistor of the shutter circuit are output, thereby performing an initial reset operation again, Reset the former.

이로써 하나의 광신호에 대해 각 위상별 광량을 연속으로 축적하는 방식에 비해 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있다.This makes it possible to obtain a clearer image than a method of continuously accumulating light quantities for each phase with respect to one optical signal.

도 4는 d=dx일 때 기준 위상에 따른 제어부의 상기 셔터회로와 수거회로 제어 신호와 축적되는 광량을 도시한다. 도 4의 LED Source와 Returning Light 파형 간의 위상 차이는 임의로 지정하였다.4 shows the amount of light accumulated in the shutter circuit and the collection circuit control signal of the control unit according to the reference phase when d = dx. The phase difference between the LED source and the returning light waveform in FIG. 4 is arbitrarily specified.

본 발명에 따른 이미지센서와 측정 대상 간의 거리가 dx이면 왕복 2dx이며 송신 광신호와 수신 광신호의 시간 차이 및 위상 차이가 생길 것이므로 도 3의 LED Source 파형과 Returning Light 파형의 위상이 2dx만큼 차이가 생긴다.If the distance between the image sensor and the measurement object according to the present invention is dx, the time difference and the phase difference between the transmission optical signal and the reception optical signal will be 2dx in reciprocation, and therefore the phase of the LED source waveform and the returning light waveform in FIG. It happens.

도 4의 상단 파형은 d=dx일 때 상기 셔터회로가 위상 0도를 기준으로 광량을 누적하기 위하여 상기 제어부에서 입력되는 제어 신호(TG_1) 및 상기 셔터회로와 반주기로 작동되기 위하여 상기 수거회로에 입력되는 제어 신호(TG_2)이며 하단 파형은 상기 셔터회로가 위상 180도를 기준으로 광량을 누적하기 위하여 상기 제어부에서 입력되는 제어 신호(TG_1) 및 상기 셔터회로와 반주기로 작동되기 위하여 상기 수거회로에 입력되는 제어 신호 (TG_2)이다.The top waveform of FIG. 4 shows the control signal TG_1 input from the control unit to accumulate the amount of light on the basis of the phase 0 degree when d = dx, and to the collection circuit And the bottom waveform is a control signal TG_2 inputted to the control section in order to accumulate the amount of light based on the phase of 180 degrees, and a control signal TG_2 inputted to the collection circuit to operate as a half- Is an input control signal TG_2.

상기 셔터회로와 수거회로에 RS 신호가 동시에 인가되어 각 회로의 리셋 트랜지스터가 작동되고 TG_1, TG_2 선에 인가되는 신호로 각 회로의 게이트 트랜지스터가 작동되면 광량을 누적하기 전 초기 리셋 과정을 거친다.When an RS signal is simultaneously applied to the shutter circuit and the collection circuit so that the reset transistors of the respective circuits are activated and the gate transistors of the respective circuits are activated by signals applied to the lines TG_1 and TG_2, an initial reset process is performed before accumulating the light amount.

초기 리셋 신호를 제외하면 상기 TG_1과 TG_2에 인가되는 작동 신호는 서로 반주기이며 상기 TG_1과 TG_2 선에 반주기로 인가되는 작동 신호로 인해 상기 셔터회로와 수거회로의 게이트 트랜지스터는 서로 반주기로 작동된다.Except for the initial reset signal, the operation signals applied to the TG_1 and the TG_2 are a half period, and the shutter circuit and the gate transistor of the collection circuit operate in a half period due to an operation signal applied to the TG_1 and TG_2 lines in a half period.

이에 따라 상기 셔터회로는 도 4의 FD_1 파형에서 빗금 친 부분만큼 전자가 누적되며 상기 수거회로는 상기 셔터회로가 전자를 누적하는 영역 이외의 영역에 축적되는 전자를 수거해 간다. 또한 상기 수거회로는 초기 리셋이 되고 난 후에도 남아 있을 수 있는 불량 전자를 수거한다.As a result, electrons are accumulated in the shutter circuit by the hatched portion in the waveform FD_1 shown in FIG. 4, and the collection circuit collects electrons accumulated in a region other than the region where the shutter circuit accumulates electrons. In addition, the collection circuit collects defective electrons that may remain after the initial reset.

상기 제어부는 상기 게이트 트랜지스터가 소정의 반복 횟수만큼 작동된 이후에 다음 광신호의 광량 누적을 위하여 리셋되도록 상기 셔터회로와 수거회로의 리셋 트랜지스터와 게이트 트랜지스터를 작동 ON시킨다.The controller turns on the reset circuit and the gate transistor of the shutter circuit and the collector circuit so that the gate transistor is reset for a predetermined amount of light accumulation after the predetermined number of times of operation.

이로써 하나의 광신호에 대해 각 위상별 광량을 연속으로 축적하는 방식에 비해 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있다.This makes it possible to obtain a clearer image than a method of continuously accumulating light quantities for each phase with respect to one optical signal.

송신 광신호와 상기 송신 광신호가 측정대상에 반사되어 수신되는 수신 광신호의 위상 차이에 의해 생기는 출력 전압 레벨의 차이를 바탕으로 상기 송신 광신호와 반사 광신호의 위상 차이가 구해질 수 있다.The phase difference between the transmission optical signal and the reflected optical signal can be obtained on the basis of the difference between the transmission optical signal and the output voltage level caused by the phase difference between the transmission optical signal and the reception optical signal reflected by the measurement object.

다음의 수학식 1은 네 개의 서로 다른 위상을 기준으로 축적된 광량을 이용하여 위상의 차이를 산출하는 공식이다.Equation (1) is a formula for calculating the phase difference using the accumulated light amount with respect to four different phases.

Figure pat00001
Figure pat00001

제 1 반사 광신호의 크기(A1)와 제 3 반사 광신호의 크기(A3)의 차이를 분자, 제 2 반사 광신호의 크기(A2)와 제 4 반사 광신호의 크기(A4)의 차이를 분모로 하여 아크탄젠트를 취하면 위상 차이(θ)를 구할 수 있다.The difference between the magnitude A1 of the first reflected optical signal and the magnitude A3 of the third reflected optical signal is a numerator and the difference between the magnitude A2 of the second reflected optical signal and the magnitude A4 of the fourth reflected optical signal is Taking an arc tangent as a denominator, the phase difference (?) Can be obtained.

반사 광신호의 크기(A1~A4)는 펄스의 크기를 나타내는 0 또는 1 값을 가질 수 있다. 0 또는 1의 값은 도 5를 예를 들어서 기준 위상에 따라 광량이 누적되기 시작하는 위상의 광량 크기나 누적이 끝나는 순간의 광량 크기 또는 광량이 누적되는 위상 영역의 가운데 값을 기준으로 정해질 수도 있다.The magnitudes A1 to A4 of the reflected optical signal may have a value of 0 or 1 indicating the magnitude of the pulse. For example, the value of 0 or 1 may be determined based on the light amount of the phase in which the light amount starts to accumulate in accordance with the reference phase, the light amount in the instant when the accumulation ends, or the middle value of the phase area in which the light amount accumulates have.

도 3에서 광량이 누적되는 영역의 가운데 지점을 기준으로 하면 0도에서 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적되는 광량은 1이며 180도를 기준으로 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적되는 광량은 0이다.3, the amount of light accumulated in the cumulative transistor of the shutter circuit is 0 at 0 degree with respect to the center point of the region where the light amount is accumulated, and the amount of light accumulated in the cumulative transistor of the shutter circuit is 0 based on 180 degrees.

도 4에서 광량이 누적되는 영역의 가운데 지점을 기준으로 하면 0도에서 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적되는 광량은 0이며 180도에서 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적되는 광량은 1이다. 따라서 상기 수신 광신호는 0~180도 이내의 위상 차이를 갖는다는 것을 알 수 있다.4, the amount of light accumulated in the cumulative transistor of the shutter circuit is 0 at 0 degree with respect to the center point of the region where the light amount is accumulated, and the amount of light accumulated in the cumulative transistor of the shutter circuit is 1 at 180 degrees. Therefore, it can be seen that the received optical signal has a phase difference of 0 to 180 degrees.

또한 광신호가 ON일 때 온전히 노출된 광신호의 크기가 10이라고 가정하면 도 3에서 0도를 기준으로 누적되는 광량은 10이고 180도를 기준으로 누적되는 광량은 0이며, 도 4에서 0도를 기준으로 누적되는 광량은 5이고 180도를 기준으로 누적되는 광량은 5이다. 0도를 기준으로는 누적되는 광량이 줄어들었고 180도를 기준으로는 누적되는 광량이 커졌으므로 도 4의 수신 광신호는 0~180도 이내로 위상이 늦춰졌다는 것을 알 수 있다.Assuming that the optical signal is completely exposed when the optical signal is ON, the accumulated amount of light based on 0 degree is 10 and the accumulated amount of light based on 180 degree is 0 in FIG. 3, and 0 degree in FIG. The amount of accumulated light based on the reference is 5, and the accumulated amount of light based on 180 degrees is 5. The accumulated amount of light is reduced on the basis of 0 degree and the accumulated amount of light is increased on the basis of 180 degrees, so that it can be seen that the phase of the received optical signal of FIG. 4 is delayed within 0 to 180 degrees.

본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서의 상기 셔터회로(200)는 복수 개의 화소에 각각 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 선택적으로 출력되기 위한 제 2 출력 트랜지스터(204)를 더 포함한다.The shutter circuit 200 of the light quantity accumulation image sensor of the parallel structure having the collection circuit according to the present invention includes a second output transistor 204 for selectively outputting a voltage level corresponding to the amount of electrons accumulated in each of the plurality of pixels .

도 5는 일실시 예로서 5-트랜지스터 회로 구조를 가지는 이미지센서를 도시하고 있으며 도 1의 회로에 제 2 출력 트랜지스터(204)가 더 포함된 구조를 가진다.FIG. 5 shows an image sensor having a 5-transistor circuit structure as an embodiment and has a structure in which the second output transistor 204 is further included in the circuit of FIG.

4-트랜지스터 구조를 갖는 CMOS 이미지센서는 CCD 이미지센서에 비해 화질이 떨어지는데 그 이유는 각 라인마다 별도로 존재하는 회로로 인한 회로간 불균형에 있다. 후 보정으로 어느 정도의 노이즈는 제거될 수 있지만 CCD 이미지센서의 화질에는 못 미치고 있다. 이것을 해소하기 위하여 5-트랜지스터 구조를 갖는 이미지센서가 이용될 수 있다.A CMOS image sensor with a 4-transistor structure has a lower image quality than a CCD image sensor because of a circuit-to-circuit imbalance caused by a circuit existing separately in each line. After correction, some noise can be eliminated, but it does not meet the image quality of the CCD image sensor. To solve this problem, an image sensor having a 5-transistor structure can be used.

5-트랜지스터 이미지센서는 상기 4-트랜지스터 이미지센서와 기능과 구조가 유사하나 화소 Row를 선택하는 상기 제 1 출력 트랜지스터에 더하여 해당 화소 Row의 Single 화소가 선택될 수 있는 구조이다. 이로 인해 화소별로 동작되고 누적 전자량에 따른 전압레벨이 출력되도록 제어할 수 있다.The 5-transistor image sensor has a structure similar to that of the 4-transistor image sensor, but a single pixel of the pixel Row can be selected in addition to the first output transistor for selecting the pixel Row. Thus, it is possible to control the operation so that the voltage level corresponding to the cumulative electron amount is outputted.

우선 상기 셔터회로와 수거회로의 리셋 트랜지스터와 게이트 트랜지스터를 작동시켜 상기 포토다이오드와 각 회로의 누적 트랜지스터에 남아있는 전자를 리셋시킨 뒤 SEL 신호를 ON 시켜 화소를 선택한다. 이후 TG_1 신호선에 작동 신호를 인가하여 추가된 상기 제 2 출력 트랜지스터의 작동을 통해 상기 게이트 트랜지스터가 작동되도록 한다. 이에 따라 4-트랜지스터 회로 구조와 다르게 무작위 접근(Random Access)이 가능하다.First, the reset transistor and the gate transistor of the shutter circuit and the collection circuit are operated to reset the electrons remaining in the accumulation transistor of the photodiode and each circuit, and turn on the SEL signal to select the pixel. Thereafter, an operation signal is applied to the TG_1 signal line so that the gate transistor is operated through the operation of the added second output transistor. This allows a random access different from the 4-transistor circuit structure.

리셋된 후에 상기 제어부는 SEL 선에 신호를 인가하여 기준 전압 레벨이 출력되도록 한다. 상기 각 회로의 리셋 트랜지스터와 게이트 트랜지스터가 닫히면 상기 포토다이오드에 광신호에 따른 전자가 축적되기 시작하고 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터를 작동시켜 상기 축적된 전자가 확산되어 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적되도록 한다.After resetting, the control unit applies a signal to the SEL line to output a reference voltage level. When the reset transistor and the gate transistor of each circuit are closed, electrons corresponding to the optical signal start to be accumulated in the photodiode, and the gate transistor of the shutter circuit is activated to accumulate the accumulated electrons in the accumulated transistor of the shutter circuit do.

광신호의 기준 위상에 따라 상기 게이트 트랜지스터가 반복 작동되어 상기 누적 트랜지스터에 동일 위상을 기준으로 한 광량이 누적되도록 하며 상기 수거회로는 상기 셔터회로가 광량을 누적하기 위하여 반복 작동되는 주기의 반주기로 작동되어 유효하지 않은 위상 범위 이외의 전자 량을 수거한다.The gate transistor is repeatedly operated in accordance with the reference phase of the optical signal so that the amount of light based on the same phase is accumulated in the accumulation transistor and the collection circuit is operated by a half cycle of the cycle in which the shutter circuit is repeatedly operated And collects electronic quantities other than an invalid phase range.

상기 제어부는 상기 셔터회로의 누적 트랜지스터에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 OUT 선으로 출력되도록 제어하며 같은 방식으로 다른 화소의 전압 레벨 출력을 읽어낸다.The control unit controls the voltage level corresponding to the amount of electrons accumulated in the accumulation transistor of the shutter circuit to be output to the OUT line and reads the voltage level output of the other pixels in the same manner.

또한 상기 수거회로(300)는 상기 수거회로 내의 누적 트랜지스터(303)에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 출력되는 제 1 출력 트랜지스터(미도시)를 더 포함할 수도 있다.The collection circuit 300 may further include a first output transistor (not shown) for outputting a voltage level corresponding to the amount of electrons accumulated in the accumulation transistor 303 in the collection circuit.

상기 수거회로는 상기 셔터회로와 반주기로 작동되므로 상기 셔터회로가 기준으로 누적하는 위상의 180도 차이를 갖는 위상을 기준으로 광량을 누적하고 있다. 따라서 상기 수거회로에 제 1 출력 트랜지스터를 더 포함하여 상기 수거회로의 누적 트랜지스터에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨 값을 출력하도록 하여 하나의 광신호에서 2개의 위상을 기준으로 광량을 누적하여 출력을 얻을 수도 있다.Since the collection circuit is operated in a half cycle with the shutter circuit, the amount of light is accumulated based on a phase having a difference of 180 degrees of phases accumulated on the basis of the shutter circuit. Therefore, the collector circuit further includes a first output transistor to output a voltage level value according to the amount of electrons accumulated in the accumulation transistor of the collection circuit, so that the amount of light is accumulated based on two phases in one optical signal, You can get it.

이에 따라 상기 셔터회로가 제 1 수신 광신호에서 0도, 제 2 수신 광신호에서 90도를 기준으로 광량을 누적하면 같은 화소 내의 수거회로가 제 1 수신 광신호에서 180도, 제 2 수신 광신호에서 270도를 기준으로 광량을 누적하므로 2개의 광신호에서 4개의 위상을 기준으로 광량을 누적하여 출력할 수 있다.Accordingly, when the shutter circuit accumulates the amount of light with respect to the first reception optical signal by 0 degree and the second reception optical signal with reference to 90 degree, the collection circuit in the same pixel is 180 degrees from the first reception optical signal, The light amount can be cumulatively output based on four phases in two optical signals.

정밀한 거리 측정이 요구되지 않는 작업에서는 단일 수신 광신호에서도 거리를 측정할 수 있다.In a task where precise distance measurement is not required, the distance can be measured even in a single received optical signal.

본 발명의 이미지센서로 일반적인 2차원 영상을 얻을 수도 있다. 일반적인 2차원 영상을 얻기 위해서는 상기 수거회로의 작동 없이 상기 셔터회로의 작동으로 구현될 수 있다. 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터는 광신호와 동기를 맞추어 반복 작동되지 않고 일반적인 촬영 작동과 동일하게 작동될 수 있다. 일반적인 2차원 영상을 얻는 경우에는 누적 트랜지스터에 전자가 반복하여 누적될 필요가 없다. 또한 측정 대상의 밝기에 따라 게이트 트랜지스터의 ON 시간이 조정되어 노광시간이 제어될 수 있다.A general two-dimensional image can be obtained with the image sensor of the present invention. In order to obtain a general two-dimensional image, the shutter circuit can be implemented without operation of the collection circuit. The gate transistor of the shutter circuit can be operated in the same manner as a general photographing operation without being repeatedly operated in synchronization with the optical signal. When a general two-dimensional image is obtained, electrons need not be repeatedly accumulated in the accumulation transistor. Also, the ON time of the gate transistor is adjusted according to the brightness of the measurement object, and the exposure time can be controlled.

2차원 영상을 얻기 위한 각 소자의 작동 순서는 초기 리셋을 위한 상기 셔터회로의 게이트 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터의 작동, 상기 게이트 트랜지스터와 리셋 트랜지스터의 작동 OFF로 상기 포토다이오드에 광량에 따른 전자의 축적, 상기 축적된 전자가 이송되기 위해 상기 게이트 트랜지스터의 작동, 그리고 출력 순이다.The operation sequence of each element for obtaining a two-dimensional image is performed by the operation of the gate transistor and the reset transistor of the shutter circuit for initial reset, the accumulation of electrons in the photodiode by the operation of the gate transistor and the reset transistor, The operation of the gate transistor to transfer the accumulated electrons, and the output.

상기와 같이 획득한 2차원 영상은 본 발명에 따른 이미지센서로 획득한 거리 정보와 픽셀 별 정합을 통하여 입체영상을 구현할 수 있다.The two-dimensional image obtained as described above can realize a stereoscopic image through the distance information obtained by the image sensor according to the present invention and the pixel-by-pixel matching.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서에 의하면 빛의 왕복거리를 측정하기 위하여 변조 파장에 해당하는 위상의 광량을 주기적으로 축적함으로써 원하는 밝기의 영상을 얻을 수 있으며, 측정하고자 하는 위상 범위 이외의 축적 광량을 수거하여 유효한 축적 광량 만 누적할 수 있고, 간단한 구성의 전자 수거 회로가 추가됨으로써 불량 출력 값을 쉽게 제거하는 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the parallel-structured light quantity accumulation image sensor having the collection circuit according to the present invention, in order to measure the reciprocating distance of light, an amount of light with a phase corresponding to the modulation wavelength is periodically accumulated, The accumulated light quantity other than the phase range to be measured can be collected to accumulate only the effective accumulated light quantity and the effect of easily removing the defective output value can be obtained by adding the electronic collection circuit of simple structure.

이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as a limitation of the scope of the present invention. Or modify it. The scope of the invention should, therefore, be construed in light of the claims set forth to cover many of such variations.

100 : 포토다이오드
200 : 셔터회로
201 : 게이트 트랜지스터
202 : 리셋 트랜지스터
203 : 누적 트랜지스터
204 : 제 1 출력 트랜지스터
205 : 제 2 출력 트랜지스터
300 : 수거회로
301 : 게이트 트랜지스터
302 : 리셋 트랜지스터
303 : 누적 트랜지스터
100: photodiode
200: shutter circuit
201: gate transistor
202:
203: Cumulative transistor
204: first output transistor
205: second output transistor
300: Collection circuit
301: gate transistor
302: reset transistor
303: Cumulative transistor

Claims (8)

광신호가 수신되면 전자를 축적하는 포토다이오드와;
상기 포토다이오드에 축적된 전자를 누적하는 셔터회로와;
상기 셔터회로와 반주기로 작동하며 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 수거하는 수거회로와;
상기 셔터회로와 수거회로가 서로 반주기로 작동되도록 제어하며 일정 위상을 기준으로 전자가 복수 번 누적되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
A photodiode for accumulating electrons when an optical signal is received;
A shutter circuit for accumulating electrons accumulated in the photodiode;
A collection circuit which operates in a half cycle with the shutter circuit and collects the electrons accumulated in the photodiode;
And a controller for controlling the shutter circuit and the collection circuit to operate in a half period and controlling the accumulation of electrons a plurality of times based on a predetermined phase,
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 1항에 있어서,
상기 셔터회로와 수거회로는 상기 포토다이오드에 축적된 전자의 이송을 결정하는 게이트 트랜지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
The method according to claim 1,
Wherein the shutter circuit and the collection circuit further comprise a gate transistor for determining the transfer of the electrons accumulated in the photodiode
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 1항에 있어서,
상기 셔터회로는 상기 게이트 트랜지스터를 통해 이송된 전자를 누적하는 누적 트랜지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
The method according to claim 1,
And the shutter circuit further comprises an accumulation transistor accumulating electrons transferred through the gate transistor
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는 복수 개의 광신호가 각각 서로 다른 위상을 기준으로 수신되도록 상기 게이트 트랜지스터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the control unit controls the operation of the gate transistor such that a plurality of optical signals are received based on different phases, respectively
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 4항에 있어서,
상기 셔터회로와 수거회로는 회로 내에 축적된 전자를 제거하는 리셋 트랜지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
5. The method of claim 4,
Wherein the shutter circuit and the collection circuit further comprise a reset transistor for removing electrons accumulated in the circuit
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 리셋 트랜지스터가 일정 위상에 따른 광신호를 복수 번 누적하는 누적 작동을 하기 직전에 리셋 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
6. The method of claim 5,
Wherein the controller controls the reset transistor to be reset immediately before an accumulation operation in which the optical signal corresponding to a certain phase is accumulated a plurality of times
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 6항에 있어서,
상기 셔터회로는 상기 누적 트랜지스터에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 화소 Row별로 출력되기 위한 제 1 출력 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
The method according to claim 6,
Wherein the shutter circuit further comprises a first output transistor for outputting a voltage level according to an amount of electrons accumulated in the accumulation transistor for each pixel Row
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
제 7항에 있어서
상기 셔터회로는 복수 개의 화소에 누적된 전자량에 따른 전압 레벨이 선택적으로 출력되기 위한 제 2 출력 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수거회로를 갖는 병렬 구조의 광량 누적 이미지센서.
The method of claim 7, wherein
Characterized in that the shutter circuit further comprises a second output transistor for selectively outputting a voltage level corresponding to an amount of electrons accumulated in a plurality of pixels
A light quantity accumulation image sensor of a parallel structure having a collection circuit.
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