KR20180068720A - 이벤트 기반 센서 및 이벤트 기반 센싱 방법 - Google Patents

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KR20180068720A KR1020160170683A KR20160170683A KR20180068720A KR 20180068720 A KR20180068720 A KR 20180068720A KR 1020160170683 A KR1020160170683 A KR 1020160170683A KR 20160170683 A KR20160170683 A KR 20160170683A KR 20180068720 A KR20180068720 A KR 20180068720A
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Abstract

이벤트 기반 센서 및 이벤트 기반 센싱 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 이벤트 기반 센서는 동적 입력에 반응하여 활성화 신호들을 출력하는 픽셀 어레이; 및 픽셀 어레이의 제1 픽셀에서 발생된 제1 광전류를 픽셀 어레이의 제2 픽셀에 공급하기 위한 제어 신호를 출력하는 컨트롤 블록을 포함한다.

Description

이벤트 기반 센서 및 이벤트 기반 센싱 방법{EVENT-BASED SENSOR AND SENSING METHOD}
아래 실시예들은 이벤트 기반 센서 및 이벤트 기반 센싱 방법에 관한 것이다.
인간과 컴퓨터 사이의 상호 작용(Human-computer interaction, HCI)은 유저 인터페이스에서 발현되어 작동한다. 사용자 입력을 인식하는 다양한 유저 인터페이스는 인간과 컴퓨터 사이의 자연스러운 상호 작용을 제공할 수 있다. 사용자 입력을 인식하기 위하여 다양한 센서들이 이용될 수 있다. 자연스러운 상호 작용을 제공하기 위해서, 사용자 입력에 대한 응답 속도가 빠른 센서가 필요하다. 또한, 다양한 모바일 기기의 경우, 유저 인터페이스를 통한 여러 가지 스마트 기능을 수행하면서 전력을 적게 소모해야 하는 필요성이 존재한다. 이에 따라, 전력 소모는 낮고, 응답 속도는 빠르며, 센싱 목적에 맞는 신뢰도가 높은 센서가 요구된다.
일 측에 따르면, 이벤트 기반 센서는 동적 입력에 반응하여 활성화 신호들을 출력하는 픽셀 어레이; 및 상기 픽셀 어레이의 제1 픽셀에서 발생된 제1 광전류를 상기 픽셀 어레이의 제2 픽셀에 공급하기 위한 제어 신호를 출력하는 컨트롤 블록을 포함한다.
상기 제2 픽셀은 상기 제1 광전류 및 상기 제2 픽셀에서 발생된 제2 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 상기 제1 픽셀은 복수의 픽셀들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 픽셀들의 수는 상기 제1 광전류와 상기 제2 광전류의 합이 미리 정해진 임계치 이상이 되도록 결정될 수 있다. 상기 미리 정해진 임계치는 상기 제2 픽셀의 픽셀 회로에 인가되는 입력 전류의 양에 반비례하여 발생되는 노이즈의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 제2 픽셀은 상기 제1 광전류 및 상기 제2 광전류의 합에 대응하는 전압, 및 상기 제1 광전류의 공급에 따라 조절된 임계치에 기초하여 상기 활성화 신호를 출력할 수 있다. 상기 제2 픽셀은 상기 제1 광전류 및 상기 제2 광전류의 평균에 대응하는 전압, 및 미리 정해진 임계치에 기초하여 상기 활성화 신호를 출력할 수 있다. 상기 컨트롤 블록은 상기 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 비활성화되는 서브 샘플링 모드에서, 비활성화 상태의 픽셀에서 발생된 광전류가 활성화 상태의 픽셀로 공급되도록 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기 제1 픽셀은 입사되는 빛에 기초하여 상기 제1 광전류를 발생시키는 포토 다이오드; 상기 제1 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력하는 픽셀 회로; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 포토 다이오드 및 상기 픽셀 회로 사이의 연결을 제어하는 내부 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 상기 픽셀 회로는 상기 제1 광전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기; 상기 변환된 전압의 변화량을 증폭하는 시변 회로; 및 상기 증폭된 변화량을 미리 정해진 임계치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 활성화 신호를 출력하는 이벤트 결정 회로를 포함할 수 있다.
상기 이벤트 기반 센서는 상기 제1 픽셀의 상기 포토 다이오드 및 상기 제2 픽셀의 픽셀 회로 사이의 연결을 제어하는 외부 스위칭 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 스위칭 회로 및 상기 외부 스위칭 회로는 상기 제어 신호에 기초하여 서로 배타적으로 동작할 수 있다. 상기 내부 스위칭 회로 및 상기 외부 스위칭 회로 각각은 적어도 하나의 트랜지스터; 및 적어도 하나의 논리 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 이벤트 기반 센서는 상기 제1 광전류를 상기 제2 픽셀에 전달하는 신호 라인; 및 상기 제1 픽셀의 내부 스위칭 회로, 및 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀 사이의 외부 스위칭 회로에 상기 제어 신호를 전달하는 제어 라인을 더 포함할 수 있다. 상기 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있고, 상기 신호 라인은 상기 제1 광전류를 상기 매트릭스의 행 방향으로 전달하는 제1 신호 라인, 및 상기 제1 광전류를 상기 매트릭스의 열 방향으로 전달하는 제2 신호 라인을 포함할 수 있고, 상기 제어 라인은 상기 행 방향으로 픽셀을 선택하는 제1 제어 라인, 및 상기 열 방향으로 픽셀을 선택하는 제2 제어 라인을 포함할 수 있다.
상기 제1 제어 라인이 선택되면 상기 제1 신호 라인이 차단될 수 있고, 상기 제2 제어 라인이 선택되면 상기 제2 신호 라인이 차단될 수 있고, 상기 제1 제어 라인 및 상기 제2 제어 라인이 선택되면 상기 제1 픽셀의 포토 다이오드 및 상기 제1 픽셀의 픽셀 회로가 연결될 수 있다. 상기 제1 제어 라인이 선택되지 않으면 상기 제1 신호 라인이 연결될 수 있고, 상기 제2 제어 라인이 선택되지 않으면 상기 제2 신호 라인이 연결될 수 있고, 상기 제1 제어 라인 및 상기 제2 제어 라인 중 적어도 하나가 선택되지 않으면 상기 제1 픽셀의 포토 다이오드 및 제1 픽셀의 픽셀 회로 사이의 연결이 차단될 수 있다.
일 측에 따르면, 이벤트 기반 센서의 픽셀은 입사되는 빛에 기초하여 광전류를 발생시키는 포토 다이오드; 상기 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력하는 픽셀 회로; 및 제어 신호에 따라 상기 포토 다이오드 및 상기 픽셀 회로 사이의 연결을 제어하는 스위칭 회로를 포함한다.
상기 광전류는 상기 스위칭 회로의 동작에 따라 상기 픽셀 회로 또는 상기 이벤트 기반 센서 내 상기 픽셀과 구별되는 제2 픽셀의 픽셀 회로에 공급될 수 있다. 상기 제2 픽셀은 상기 광전류 및 상기 제2 픽셀의 포토 다이오드에서 발생된 제2 광전류에 기초하여 제2 활성화 신호를 출력할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이벤트 기반 센서를 나타낸 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 이벤트 기반 센서의 픽셀을 나타낸 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 컨트롤 블록 및 픽셀 어레이를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 단일 픽셀의 구조를 나타낸 도면.
도 5는 다른 실시예에 따른 단일 픽셀의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 픽셀의 구조를 나타낸 도면.
도 7은 일 실시예에 따른 비닝 영역을 나타낸 도면.
도 8은 다른 실시예에 따른 비닝 영역을 나타낸 도면.
도 9는 일 실시예에 따른 서브 샘플링 모드의 픽셀 어레이를 나타낸 도면.
도 10은 일 실시예에 따른 더미 픽셀들 및 비닝된 픽셀들을 나타낸 도면.
본 명세서에서 개시되어 있는 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 기술적 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 실시예들은 다양한 다른 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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 해당 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, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 이벤트 기반 센서를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 이벤트 기반 센서(100)는 컨트롤러(110) 및 픽셀 어레이(120)를 포함한다.
픽셀 어레이(120)는 복수의 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이(120)에 포함된 복수의 픽셀들은 동적 입력에 반응하여 활성화 신호들을 출력한다. 동적 입력은 픽셀 어레이(120)에 입사되는 빛의 세기(light intensity)의 변화를 포함한다. 동적 입력은 객체의 움직임, 픽셀 어레이(120)의 움직임, 객체에 투사되는 빛의 변화 및 객체에 의하여 발광되는 빛의 변화 중 적어도 하나에 의해 발생할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(120)는 사용자의 손동작에 의한 동적 입력을 감지할 수 있고, 해당 동적 입력을 지시하는 활성화 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 활성화 신호는 사용자의 제스처 인식에 이용될 수 있다.
컨트롤러(110)는 신호 처리부(111) 및 컨트롤 블록(113)을 포함한다. 도 1에서 신호 처리부(111) 및 컨트롤 블록(113)은 서로 구분되게 도시되어 있으나, 신호 처리부(111) 및 컨트롤 블록(113)은 단일 구성으로 구현될 수도 있다. 신호 처리부(111)는 픽셀 어레이(120)로부터 활성화 신호를 수신하고, 활성화 신호에 기초하여 이벤트 신호를 출력할 수 있다. 이벤트 신호는 활성화 신호를 출력한 픽셀의 위치 정보 및 활성화 신호가 출력된 시간 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 위치 정보는 활성화 신호를 출력한 픽셀의 주소를 포함할 수 있고, 시간 정보는 활성화 신호가 출력된 시간의 타임 스탬프를 포함할 수 있다. 활성화 신호는 픽셀 어레이(120)에 포함된 복수의 픽셀들 중에 일정 수준 이상의 빛의 변화를 감지한 픽셀에 의해 출력될 수 있다. 따라서, 이벤트 기반 센서(110)는 시간 비동기적으로 이벤트 신호를 생성 및 출력할 수 있고, 매 프레임마다 모든 픽셀들을 스캔하는 프레임 기반 비전 센서에 비하여 저전력, 고속으로 동작할 수 있다.
컨트롤 블록(113)은 제어 신호를 출력할 수 있고, 해당 제어 신호는 제어 라인을 통해 픽셀 어레이(120)로 전송될 수 있다. 픽셀 어레이(121)는 픽셀 내부에 위치하는 내부 스위칭 회로 및 픽셀들 사이에 위치하는 외부 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 내부 스위칭 회로 및 외부 스위칭 회로는 하나 또는 그 이상의 픽셀에서 발생된 광전류(photocurrent)를 다른 픽셀로 전달하기 위한 신호 라인의 연결 상태를 변경시킬 수 있다. 이하, 하나 또는 그 이상의 픽셀에서 발생된 광전류를 다른 픽셀로 전달하는 동작을 비닝(binning)이라고 지칭한다. 예를 들어, 제1 픽셀(121)에서 발생된 제1 광전류는 제어 신호에 기초하여 신호 라인을 통해 제2 픽셀(123)에 공급될 수 있다. 이 경우, 제2 픽셀(123)은 제1 광전류 및 제2 픽셀(123)에서 발생된 제2 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다.
아래에서 상세히 설명 되겠으나, 픽셀 어레이(120)에 포함된 픽셀들은 각각, 입사되는 빛에 기초하여 광전류를 발생시키는 포토 다이오드 및 발생된 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력하는 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 픽셀 회로에는 픽셀 회로에 인가되는 입력 전류의 양에 반비례하는 노이즈가 발생될 수 있으며, 해당 노이즈의 영향으로 거짓 이벤트(false event)가 발생할 수 있다.
실시예들에 따르면, 제1 픽셀(121)에서 발생된 제1 광전류가 제2 픽셀(123)에 공급될 수 있고, 제2 픽셀(123)은 제1 광전류 및 제2 픽셀(123)에서 발생된 제2 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 제2 픽셀(123)에 광전류를 공급하는 픽셀은 제1 픽셀(121) 이외에도 다수 존재할 수 있으며, 제2 픽셀(123)에 광전류를 공급하는 픽셀의 수는 제2 픽셀(123)의 픽셀 회로에서 발생되는 노이즈를 충분히 감소시킬 수 있는 수준으로 결정될 수 있다. 따라서, 실시예들에 따라 거짓 이벤트의 발생이 억제될 수 있다.
픽셀 어레이(120)의 픽셀은 광전류를 전압으로 변환하고, 변환된 전압의 변화량을 증폭하며, 증폭된 변화량을 미리 정해진 임계치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 제2 픽셀(123)은 제1 픽셀(121)로부터 광전류를 공급 받음에 따라 활성화 신호의 출력을 위한 적절한 처리를 수행할 수 있다.
일 측에 따르면, 제2 픽셀(123)이 제1 픽셀(121)로부터 제1 광전류를 공급받은 경우, 제2 픽셀(123)의 활성화 신호를 출력하기 위한 임계치가 조절될 수 있다. 예를 들어, 제2 픽셀(123)에 제1 광전류가 공급에 따라, 제2 픽셀(123)에서 이용되는 미리 정해진 임계치가 적절한 비율로 증가될 수 있다. 이 경우, 제2 픽셀(123)은 제1 광전류, 및 제2 픽셀(123)에서 발생된 제2 광전류의 합에 대응하는 전압 및 제1 광전류의 공급에 따라 조절된 임계치에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 다른 일 측에 따르면, 제2 픽셀(123)이 제1 픽셀(121)로부터 제1 광전류를 공급받은 경우, 제2 픽셀(123)에서 합산된 광전류가 변환된 전압에 통계적인 기법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제2 픽셀(123)은 제1 광전류 및 제2 광전류의 평균에 대응하는 전압, 및 미리 정해진 임계치에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다.
실시예에 따라, 컨트롤 블록(113)은 이벤트 기반 센서(100)의 동작 모드, 이벤트 기반 센서(100) 주변의 조도, 또는 이들의 조합에 기초하여 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 이벤트 기반 센서(100)는 이벤트 기반 센서(100) 주변의 조도에 관한 정보를 획득할 수 있고, 이벤트 기반 센서(100) 주변의 조도가 미리 정해진 임계치보다 낮은 경우, 컨트롤 블록(113)을 통해 비닝을 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 혹은, 컨트롤 블록(113)은 이벤트 기반 센서(100)가 서브 샘플링 모드로 동작함에 따라 제어 신호를 출력할 수 있다. 서브 샘플링 모드에서 픽셀 어레이(120)에 포함된 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 비활성화될 수 있다. 이 경우, 컨트롤 블록(113)은 비활성화 상태의 픽셀 내 포토 다이오드에서 발생된 광전류가 활성화 상태의 픽셀로 공급되도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 이벤트 기반 센서의 픽셀을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 픽셀(200)은 포토 다이오드(210), 전류-전압 변환기(220), 시변 회로(230) 및 이벤트 결정 회로(240)를 포함한다. 아래에서, 전류-전압 변환기(220), 시변 회로(230) 및 이벤트 결정 회로(240)를 포함하는 회로는 픽셀 회로로 지칭될 수 있다.
포토 다이오드(210)는 포토 다이오드(210)에 입사되는 빛에 기초하여 광전류(IPD)를 발생시킬 수 있고, 픽셀 회로는 광전류(IPD)에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 전류-전압 변환기(220)는 광전류(IPD)를 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 전류-전압 변환기(220)는 트랜지스터 및 증폭기를 포함할 수 있다. 광전류(IPD)가 직류-전압 변환기(220)에 입력됨에 따라 트랜지스터에 전류가 흐르고 전압(V_PR)이 생성될 수 있다. 이 때, 트랜지스터에 흐르는 전류의 양은 감지된 빛의 세기에 선형으로 비례하지 않을 수 있다. 증폭기는 전압(VPR)의 크기가 포토 다이오드(210)에 의하여 감지된 빛의 세기에 선형으로 비례하도록, 광전류(IPD)를 로그 스케일로 증폭할 수 있다.
전류-전압 변환기(220)에는 채널 저항(225)의 영향으로 인해 입력 전류에 반비례하는 노이즈가 발생될 수 있다. 이러한 노이즈는 거짓 이벤트를 발생시킬 수 있다. 거짓 이벤트는 충분한 양의 빛의 변화가 감지되지 않았음에도 활성화 신호가 출력되는 것을 의미한다. 이벤트 기반 센서 주변의 조도가 낮아질수록 입력 전류인 광전류(IPD)의 크기가 감소한다. 따라서, 이벤트 기반 센서 주변의 조도가 낮아질수록 노이즈는 증가되고, 거짓 이벤트의 발생 빈도도 증가될 수 있다. 실시예에 따르면, 전류-전압 변환기(220)에 광전류(IPD) 뿐만 아니라, 다른 픽셀의 포토 다이오드에서 발생된 광전류가 공급될 수 있다. 이에 따라, 전류-전압 변환기(220)에 발생하는 노이즈가 감소될 수 있고, 거짓 이벤트도 억제될 수 있다.
시변 회로(230)는 변환된 전압의 변화량을 미리 정해진 비율로 증폭할 수 있다. 예를 들어, 시변 회로(230)는 적어도 하나의 커패시터 및 증폭기를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 전압(VPR)이 변화됨에 따라 전하를 충전할 수 있고, 증폭기는 적어도 하나의 커패시터에 충전된 전하로 인하여 발생되는 전압을 미리 정해진 비율로 증폭할 수 있다. 이벤트 결정 회로(240)는 증폭된 변화량을 미리 정해진 임계치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 이벤트 결정 회로(240)는 증폭된 변화량을 미리 정해진 임계치와 비교하기 위한 비교기를 포함할 수 있다. 비교기는 증폭된 변화량을 미리 정해진 임계치에 대응하는 기준 신호와 비교하고, 증폭된 변화량이 기준 신호보다 큰 것에 따라 활성화 신호를 출력할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 컨트롤 블록 및 픽셀 어레이를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 컨트롤 블록(310)은 로(row) 컨트롤 블록(311) 및 컬럼(column) 컨트롤 블록(313)을 포함한다. 픽셀 어레이(320)에 포함된 복수의 픽셀들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 로 컨트롤 블록(311) 및 픽셀 어레이(320)에 포함된 복수의 픽셀들은 제1 제어 라인으로 연결될 수 있고, 컬럼 컨트롤 블록(313) 및 픽셀 어레이(320)에 포함된 복수의 픽셀들은 제2 제어 라인으로 연결될 수 있다. 따라서, 로 컨트롤 블록(311)은 제1 제어 신호(EN_Y)를 통해 매트릭스의 행 방향으로 픽셀을 선택할 수 있고, 컬럼 컨트롤 블록(313)은 제2 제어 신호(EN_X)를 통해 매트릭스의 열 방향으로 픽셀을 선택할 수 있다. 예를 들어, EN_Y[0] 및 EN_X[0]를 통해 픽셀(325)이 선택될 수 있다.
아래에서 상세히 설명되겠지만, 픽셀(325)이 선택됨에 따라, 픽셀(325)에 광전류를 공급하기 위해, 픽셀(325) 내부의 포토 다이오드 및 픽셀 회로가 연결될 수 있다. 또한, 픽셀(325)이 선택되지 않음에 따라, 픽셀(325)에서 발생된 광전류를 다른 픽셀에 공급하기 위해, 픽셀(325) 내부의 포토 다이오드 및 픽셀 회로 사이의 연결이 차단될 수 있다. 이러한 제어 동작을 통해, 컨트롤 블록(313)은 특정 픽셀에서 발생된 광전류를, 다른 픽셀(예를 들어, 제어 신호들에 의하여 선택된 픽셀)로 공급할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 단일 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 픽셀(410)은 포토 다이오드(411), 픽셀 회로(413) 및 스위칭 회로(415)를 포함한다. 스위칭 회로(415)는 제어 신호에 따라 포토 다이오드(411) 및 픽셀 회로(413) 사이의 연결을 제어한다. 두 구성 사이의 연결을 제어한다는 것은 두 구성 간의 연결을 개방(open)하거나, 혹은 단락(close)하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 회로(415)는 제어 신호에 따라 포토 다이오드(411) 및 픽셀 회로(413) 사이의 연결을 개방하거나, 혹은 단락할 수 있다. 실시예에 따라, 스위칭 회로(415)는 포토 다이오드(411)의 하단에 위치할 수 있다. 도 5는 다른 실시예에 따른 단일 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 스위칭 회로(515)는 포토 다이오드(511)의 하단에서 포토 다이오드(511) 및 픽셀 회로(513) 사이의 연결을 제어한다.
다시 도 4를 참조하면, 픽셀(410)의 주변에는 스위칭 회로들(420, 430), 제어 라인(440) 및 신호 라인(450)이 도시되어 있다. 스위칭 회로들(420, 430)은 포토 다이오드(411) 및 다른 픽셀의 픽셀 회로 사이의 연결을 제어한다. 스위칭 회로(420)는 포토 다이오드(511)에서 발생된 광전류를 매트릭스의 열 방향(D2)으로 전달할 수 있고, 스위칭 회로(430)는 포토 다이오드(511)에서 발생된 광전류를 매트릭스의 행 방향(D1)으로 전달할 수 있다.
아래에서, 픽셀의 내부에 위치한 스위칭 회로는 내부 스위칭 회로로 지칭될 수 있고, 픽셀과 픽셀 사이에 위치한 스위치 회로는 외부 스위칭 회로로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 회로(415)는 내부 스위칭 회로로 지칭될 수 있고, 스위칭 회로(420) 및 스위칭 회로(430)는 외부 스위칭 회로로 지칭될 수 있다. 이 경우, 내부 스위칭 회로 및 외부 스위칭 회로는 제어 신호에 기초하여 서로 배타적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 내부 스위칭 회로가 제어 신호에 따라 단락된 경우, 외부 스위칭 회로는 제어 신호에 따라 개방될 수 있다. 또한, 내부 스위칭 회로가 제어 신호에 따라 개방된 경우, 외부 스위칭 회로는 제어 신호에 따라 단락될 수 있다. 스위칭 회로들(415, 420, 430) 각각은 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 하나의 논리 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 도 4 및 도 5에 도시된 스위치는 트랜지스터로 대체될 수 있다.
제어 라인(440)은 스위칭 회로들(415, 420, 430)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 제어 라인(440)은 매트릭스의 행 방향(D1)으로 픽셀을 선택하는 제1 제어 라인, 및 매트릭스의 열 방향(D2)으로 픽셀을 선택하는 제2 제어 라인을 포함할 수 있다. 또한, 신호 라인(450)은 어느 픽셀에서 발생된 광전류를 다른 픽셀로 전달할 수 있다. 신호 라인(450)은 광전류를 매트릭스의 행 방향(D1)으로 전달하는 제1 신호 라인, 및 광전류를 매트릭스의 열 방향(D2)으로 전달하는 제2 신호 라인을 포함할 수 있다. 컨트롤 블록은 제어 라인(440)을 통해 스위칭 회로들을 제어함으로써, 어느 픽셀의 광전류를 신호 라인(450)을 통해 다른 픽셀로 공급할 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 픽셀(410, 510)이 스위칭 회로(415, 515)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 픽셀의 구조가 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 픽셀은 별도의 스위칭 회로를 구비하지 않고도 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이 서브 샘플링 모드에서 픽셀이 비활성화될 경우 해당 픽셀의 광신호를 신호 라인을 통해 다른 픽셀로 공급할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 내부 스위칭 회로들은 앤드 게이트(AND gate) 및 스위치를 포함하고, 외부 스위칭 회로들은 낫 게이트(NOT gate) 및 스위치를 포함한다. 도 6에 도시된 내부 스위칭 회로들 및 외부 스위칭 회로들의 구성은 하나의 실시예에 해당할 뿐, 내부 스위칭 회로들 및 외부 스위칭 회로들은 다른 구성으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 내부 스위칭 회로들 각각은 앤드 게이트와 스위치를 조합한 것과 동일한 기능을 수행하는 직렬 연결된 두 개의 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 또한, 외부 스위칭 회로들 각각은 낫 게이트와 스위치를 조합한 것과 동일한 기능을 수행하는 단일 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 6의 실시예에 따르면, 제어 신호(EN_X[0]) 및 제어 신호(EN_Y[0])는 '1'이고, 제어 신호(EN_X[1]) 및 제어 신호(EN_Y[1])는 '0'이다. 여기서, '1'은 디지털 하이 레벨, 혹은 참(ture)을 나타내는 신호일 수 있고, '0'은 디지털 로우 레벨, 혹은 거짓(false)을 나타내는 신호일 수 있다.
제어 신호에 따라 픽셀(610)의 내부 스위칭 회로(611)는 개방되고, 픽셀(610)의 외부 스위칭 회로들(613)은 단락될 수 있다. 유사하게, 제어 신호에 따라 픽셀들(620, 630)의 내부 스위칭 회로들은 개방되고, 픽셀들(620, 630)의 외부 스위칭 회로들 중 일부는 단락될 수 있다. 또한, 제어 신호에 따라 픽셀(640)의 내부 스위칭 회로(641)는 단락되고, 픽셀(640)의 외부 스위칭 회로들(643)은 개방될 수 있다. 이에 따라, 픽셀(640)의 포토 다이오드에서 발생된 광전류 및 픽셀들(610, 620, 630)에서 발생된 광전류는, 픽셀(640)의 픽셀 회로에 공급될 수 있다. 따라서, 픽셀(640)의 픽셀 회로는 픽셀들(610, 620, 630, 640)에서 발생된 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다.
상술된 것처럼, 픽셀(640)은 픽셀들(610, 620, 630)로부터 광전류가 공급됨에 따라, 활성화 신호를 출력하기 위한 추가적인 처리를 수행할 수 있다. 일 측에 따르면, 픽셀(640)은 픽셀들(610, 620, 630)로부터 공급된 광전류 및 픽셀(640)에서 발생된 광전류를 합산할 수 있다. 픽셀(640)은 합산된 광전류를 전압으로 변환하고, 변환된 전압의 변화량을 미리 정해진 비율로 증폭할 수 있다. 이 경우, 증폭된 변화량과의 비교를 위해, 미리 정해진 임계치가 조절될 수 있다. 미리 정해진 임계치는 미리 정해진 비율로 조절될 수 있으며, 미리 정해진 비율은 비닝(binning)된 픽셀들의 수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 픽셀(640)에 관한 미리 정해진 비율은 1/4일 수 있다. 픽셀(640)은 증폭된 변화량을 픽셀들(610, 620, 630)로부터 광전류가 공급됨에 따라 조절된 임계치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 픽셀(640)은 픽셀들(610, 620, 630)로부터 공급된 광전류 및 픽셀(640)에서 발생된 광전류를 합산하고, 합산된 광전류를 전압으로 변환하거나, 픽셀들(610, 620, 630)로부터 공급된 광전류 및 픽셀(640)에서 발생된 광전류의 평균을 전압으로 변환할 수 있다. 또한, 픽셀(640)은 변환된 전압의 변화량을 미리 정해진 비율로 증폭하고, 증폭된 변화량을 미리 정해진 임계치와 비교할 수 있다. 픽셀(640)은 비교 결과에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다.
도 6을 참조하면, 픽셀들(610, 620, 630, 640)의 내부 스위칭 회로 및 픽셀들(610, 620, 630, 640) 사이의 외부 스위칭 회로에 제어 신호를 전달하는 제어 라인, 및 픽셀들(610, 620, 630)에서 발생된 광전류를 픽셀(640)로 전달하는 신호 라인이 도시되어 있다. 제어 라인은 행 방향(D1)으로 픽셀을 선택하는 제1 제어 라인(651, 653), 및 열 방향(D2)으로 픽셀을 선택하는 제2 제어 라인(655, 657)을 포함한다. 또한, 신호 라인은 광전류를 매트릭스의 행 방향(D1)으로 전달하는 제1 신호 라인(661, 663), 및 광전류를 매트릭스의 열 방향(D2)으로 전달하는 제2 신호 라인(665, 667)을 포함한다.
픽셀들 및 제어 라인은 제어 신호 '1'에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(EN_X[0]) 및 제어 신호(EN_Y[0])에 의해, 픽셀(640), 제1 제어 라인(653) 및 제2 제어 라인(657)이 선택될 수 있다. 제1 제어 라인(653)이 선택되면, 제2 신호 라인(665, 667)은 차단될 수 있고, 제2 제어 라인(657)이 선택되면, 제1 신호 라인(661, 663)은 차단될 수 있다. 또한, 제1 제어 라인(653) 및 상기 제2 제어 라인(657)의 선택에 따라, 픽셀(640)의 포토 다이오드 및 픽셀(640)의 픽셀 회로가 연결될 수 있다. 또는, 제1 제어 라인(651)이 선택되지 않으면, 제2 신호 라인(665, 667)은 연결될 수 있고, 제2 제어 라인(655)이 선택되지 않으면, 제1 신호 라인(661, 663)은 연결될 수 있다. 또한, 제1 제어 라인(651) 및 상기 제2 제어 라인(655)이 선택되지 않으면, 픽셀(610)의 포토 다이오드 및 픽셀(610)의 픽셀 회로 사이의 연결이 차단될 수 있다. 이와 같이, 어느 픽셀의 내부 스위칭 회로 및 해당 픽셀 주변의 외부 스위칭 회로는 제어 신호에 기초하여 서로 배타적으로 동작할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 비닝 영역을 나타낸 도면이고, 도 8은 다른 실시예에 따른 비닝 영역을 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 2 x 1의 비닝 영역(710) 및 2 x 2 의 비닝 영역(810)이 도시되어 있다.
비닝 영역(710)에서 픽셀(711)은 픽셀(711)에서 발생된 광전류를 픽셀(713)에 공급하고, 비닝 영역(810)에서 픽셀들(811, 813, 815)은 픽셀들(811, 813, 815)에서 발생된 광전류를 픽셀(817)에 공급한다. 이하, 다른 픽셀로 광전류를 공급하는 픽셀은 제1 픽셀로 지칭될 수 있고, 다른 픽셀로부터 광전류를 공급받는 픽셀은 제2 픽셀로 지칭될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 픽셀은 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 도 8은 제1 픽셀로 3개의 픽셀들이 구성된 예시를 나타낸다.
제1 픽셀에 포함되는 복수의 픽셀들의 수는 미리 정해진 임계치에 기초하여 결정될 수 있다. 상술된 것처럼, 픽셀들에 인가되는 입력 전류의 양에 반비례하여 노이즈가 발생될 수 있다. 여기서, 해당 노이즈를 일정 수준 미만으로 감소시키는 입력 전류의 양이 결정될 수 있으며, 결정된 입력 전류의 양에 기초하여 임계치가 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 픽셀들(711, 713)로부터 발생된 광전류의 합이 미리 정해진 임계치를 넘는 경우, 제1 픽셀은 단일 픽셀로 결정될 수 있고, 픽셀들(811, 813, 815, 817)로부터 발생된 광전류의 합이 미리 정해진 임계치를 넘는 경우, 제1 픽셀은 세 개의 픽셀들로 결정될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 서브 샘플링 모드의 픽셀 어레이를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 픽셀 어레이(910), 영역(915) 및 제어 신호가 도시되어 있다.
이벤트 기반 센서는 상황에 따라 상이한 동작 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 이벤트 기반 센서의 동작 모드는 서브 샘플링 모드를 포함할 수 있다. 서브 샘플링 모드는 이벤트 기반 센서의 최대 센싱 해상도보다 낮은 센싱 해상도로 센싱을 수행하는 모드이다. 서브 샘플링 모드에서 픽셀 어레이(910)에 포함된 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 비활성화될 수 있다.
이벤트 기반 센서는 서브 샘플링 모드에서 픽셀 비닝을 수행할 수 있다. 예를 들어, 이벤트 기반 센서는 제어 신호(EN_X, EN_Y)를 통해 제2 픽셀을 선택하고, 제1 픽셀에서 발생된 광전류를 제2 픽셀로 공급할 수 있다. 이에 따라, 제2 픽셀에서 발생되는 노이즈가 감소될 수 있다. 영역(915)를 참조하면, 제어 신호(EN_X, EN_Y) '1'에 따라 일부 픽셀이 활성화될 수 있고, 비활성화 상태의 픽셀에서 발생된 광전류가 활성화 상태의 픽셀로 공급될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 더미 픽셀들 및 비닝된 픽셀들을 나타낸 도면이다. 더미 픽셀들(1010) 및 전류 미러(1020)에 의해 비닝된 픽셀들(1030)에서 발생하는 암 전류(dark current)가 제거될 수 있다.
상술된 것처럼, 픽셀 어레이에 포함된 픽셀은 포토 다이오드를 포함한다. 포토 다이오드는 포토 다이오드에 입사되는 빛의 강도에 비례하는 광전류를 발생시킬 수 있고, 픽셀은 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력할 수 있다. 광전류는 빛이 없는 환경에서 생성되는 암 전류를 포함할 수 있는데, 암 전류는 거짓 이벤트를 발생시키는 노이즈로 작용할 수 있다.
포토 다이오드에 입사되는 빛의 강도가 충분하거나, 포토 다이오드의 온도가 높지 않은 경우, 광전류에서 암 전류가 차지하는 비중이 매우 작을 수 있다. 이 경우, 암 전류는 센싱 성능에 큰 영향을 미치지 않을 수 있다. 다만, 저조도 환경 또는 포토 다이오드의 온도가 높은 경우, 암 전류는 센싱 성능을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 구체적으로, 광전류에서 암 전류에 대응하는 성분이 차지하는 비중이 커짐에 따라, 임계치를 초과하는 빛의 변화가 없음에도 활성화 신호가 출력될 수 있다.
실시예에 따라, 이벤트 기반 센서는 더미 픽셀들(1010)을 이용하여 암 전류의 영향을 제거할 수 있다. 더미 픽셀들(1010)에 제공되는 빛은 차단될 수 있고, 더미 픽셀들(1010)은 빛이 없는 환경에서 전류(IA)를 발생시킬 수 있다. 이벤트 기반 센서는 전류 미러(current mirror)(1020)를 이용하여 전류(IA)를 미러링하고, 미러된 전류(IB)를 이용하여 비닝된 픽셀들(1030)에 흐르는 전류로부터 암 전류에 대응하는 포화 성분을 차감할 수 있다. 더미 픽셀들(1010)의 포토 다이오드 및 비닝된 픽셀들(1030)의 포토 다이오드가 동일한 조건에서 전류를 발생시킨다고 가정하면, 비닝된 픽셀들(1030)에서 암전류의 영향은 제거될 수 있다. 여기서, 조건은 온도, p-n 접합 및 도핑 농도 등을 포함할 수 있다.
만약 더미 픽셀(1010)의 포토 다이오드 및 비닝된 픽셀(1030)의 포토 다이오드의 조건이 서로 다르다면, 비닝된 픽셀(1030)에 흐르는 전체 암전류의 크기와 전류(IA)의 크기가 같아지도록, 더미 픽셀들(1010)의 수 및 비닝된 픽셀들(1030)의 수가 조절될 수 있다. 상술된 것처럼, 비닝된 픽셀들(1030)에서는 픽셀 회로(1040)에 인가되는 입력 전류의 양에 반비례하여 발생되는 노이즈가 적절한 수준으로 감소될 수 있다. 따라서, 실시예에 의하면 픽셀 회로(1040)에서 발생되는 노이즈 및 암 전류에 따른 노이즈가 모두 제거될 수 있으며, 저조도 환경 및 고온 환경에서 이벤트 기반 센서의 센싱 성능이 향상될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (10)

  1. 동적 입력에 반응하여 활성화 신호들을 출력하는 픽셀 어레이; 및
    상기 픽셀 어레이의 제1 픽셀에서 발생된 제1 광전류를 상기 픽셀 어레이의 제2 픽셀에 공급하기 위한 제어 신호를 출력하는 컨트롤 블록
    을 포함하는, 이벤트 기반 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 픽셀은 상기 제1 광전류 및 상기 제2 픽셀에서 발생된 제2 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력하는, 이벤트 기반 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 픽셀은 복수의 픽셀들을 포함하고,
    상기 복수의 픽셀들의 수는 상기 제1 광전류와 상기 제2 광전류의 합이 미리 정해진 임계치 이상이 되도록 결정되는, 이벤트 기반 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미리 정해진 임계치는 상기 제2 픽셀의 픽셀 회로에 인가되는 입력 전류의 양에 반비례하여 발생되는 노이즈의 크기에 기초하여 결정되는, 이벤트 기반 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 픽셀은 상기 제1 광전류 및 상기 제2 광전류의 합에 대응하는 전압, 및 상기 제1 광전류의 공급에 따라 조절된 임계치에 기초하여 상기 활성화 신호를 출력하는, 이벤트 기반 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 픽셀은 상기 제1 광전류 및 상기 제2 광전류의 평균에 대응하는 전압, 및 미리 정해진 임계치에 기초하여 상기 활성화 신호를 출력하는, 이벤트 기반 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤 블록은
    상기 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 비활성화되는 서브 샘플링 모드에서, 비활성화 상태의 픽셀에서 발생된 광전류가 활성화 상태의 픽셀로 공급되도록 상기 제어 신호를 출력하는, 이벤트 기반 센서.
  8. 입사되는 빛에 기초하여 광전류를 발생시키는 포토 다이오드;
    상기 광전류에 기초하여 활성화 신호를 출력하는 픽셀 회로; 및
    제어 신호에 따라 상기 포토 다이오드 및 상기 픽셀 회로 사이의 연결을 제어하는 스위칭 회로
    를 포함하는, 이벤트 기반 센서의 픽셀.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광전류는 상기 스위칭 회로의 동작에 따라 상기 픽셀 회로 또는 상기 이벤트 기반 센서 내 상기 픽셀과 구별되는 제2 픽셀의 픽셀 회로에 공급되는, 이벤트 기반 센서의 픽셀.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 픽셀은 상기 광전류 및 상기 제2 픽셀의 포토 다이오드에서 발생된 제2 광전류에 기초하여 제2 활성화 신호를 출력하는, 이벤트 기반 센서의 픽셀.
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