KR20190067079A - 거리 측정을 위해 픽셀에서 spad + ppd 또는 커패시터를 사용하는 시간 분해형 센서 - Google Patents
거리 측정을 위해 픽셀에서 spad + ppd 또는 커패시터를 사용하는 시간 분해형 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190067079A KR20190067079A KR1020180096353A KR20180096353A KR20190067079A KR 20190067079 A KR20190067079 A KR 20190067079A KR 1020180096353 A KR1020180096353 A KR 1020180096353A KR 20180096353 A KR20180096353 A KR 20180096353A KR 20190067079 A KR20190067079 A KR 20190067079A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- terminal
- signal
- voltage
- charge
- time
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 17
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 26
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 14
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 6
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 101100270417 Homo sapiens ARHGEF6 gene Proteins 0.000 description 2
- 101000927796 Homo sapiens Rho guanine nucleotide exchange factor 7 Proteins 0.000 description 2
- 102100033202 Rho guanine nucleotide exchange factor 6 Human genes 0.000 description 2
- 102100033200 Rho guanine nucleotide exchange factor 7 Human genes 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000002366 time-of-flight method Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
- G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4446—Type of detector
- G01J2001/446—Photodiode
- G01J2001/4466—Avalanche
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
시간-분해형 센서는 단일광자 애벌란시 다이오드(SPAD; single photon avalanche diode), 로직 회로 그리고 차동 시간-대-전하 컨버터(DTCC; differential time-to-charge converter) 회로를 포함한다. SPAD는 셔터 신호에 응답하여 입사되는 광자를 감지하여 출력 신호를 생성한다. 논리 회로는 제 1 및 제 2 인에이블 신호들을 생성한다. DTCC는 커패시터 디바이스, 제 1 및 제 2 스위칭 장치, 및 출력 회로를 포함한다. 제 1 스위칭 장치는 제 1 인에이블 신호에 응답하여 커패시터 디바이스의 전하를 제 1 플로팅 확산부로 전달한다. 제 2 스위칭 장치는 제 2 인에이블 신호에 응답하여 커패시터 디바이스의 잔류 전하를 제 2 플로팅 확산부로 전달한다. 출력 회로는 제 1 플로팅 확산부의 제 1 전하를 기초로 제 1 전압을 출력하고, 제 2 플로팅 확산부의 제 2 전하를 기초로 제 2 전압을 출력한다.
Description
여기에 개시된 본 발명은 일반적으로 거리 측정을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 직접 비행 시간(TOF) 거리 측정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
3 차원(3D) 이미징 시스템은 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)을 위한 고속 3D 이미징 시스템 및 자율 주행을 위한 고속 3D 이미징 시스템과 같은 다양한 애플리케이션에 점점 더 사용되고 있다. 기존의 3D 이미징 기술은, 예를 들어 TOF 기반 거리 이미징, 입체 영상 시스템 및/또는 구조화된 조명 기술과 같은 기술을 활용할 수 있다.
TOF 기술에서, 3D 개체에 대한 거리(또는 거리)는 알려진 광속에 기초하여 그리고 레이저 펄스 또는 광 펄스가 카메라와 3D 개체 사이를 이동하는 데 걸리는 왕복 시간을 측정함으로써 해결될 수 있었다. TOF 카메라는 스캐너리스(Scannerless) 방식을 사용하여 각 레이저 펄스 또는 광 펄스로 전체 장면을 캡처할 수 있다. TOF 애플리케이션의 예로는 사람, 물체 또는 다른 차량의 움직임을 추적하기 위해 실시간 거리 이미지를 기반으로 한 능동적 보행자 안전 또는 충돌전(precrash) 감지와 같은 고급 자동차 애플리케이션, 비디오 게임 콘솔에서의 게임과의 상호 작용; 및 예를 들어, 사물을 분류하고 로봇이 컨베이어 벨트 상에서의 물품을 찾는 데 도움을 주는 산업 기계 비전을 포함한다. SPAD(single-photon avalanche diode) 센서를 사용하는 TOF 기반 시스템은 TDC(time-to-digital counter)가 각 픽셀 내부에 배치되면 낮은 공간 해상도, 낮은 채우기 비율 및 높은 전력 소비를 가질 수 있다. 게다가, 차동 시간대 충전 컨버터(DTCC)를 센서의 일부로 사용하는 경우, 거리 정확도가 떨어질 수 있다.
입체-촬상 또는 스테레오 비젼 시스템은 장면에서 2개의 서로 다른 뷰를 획득하기 위해 또는 3차원 물체의 서로 다른 뷰를 획득하기 위해 서로 수평으로 배치된 2 개의 카메라를 사용한다. 두 이미지를 비교함으로써, 3D 객체에 대한 상대적 깊이 정보가 얻어질 수 있다. 스테레오 비전은 로봇과 같은 분야에서 자율 시스템 및 로봇 주변의 3D 개체의 상대적 위치에 대한 정보를 추출하는 데 매우 중요하다. 로봇 입체 조영을 사용할 수 있는 다른 응용 프로그램에는 입체 깊이 정보를 사용하여 로봇 시스템이 폐색 이미지 구성 요소를 분리할 수 있게 해주는 객체 인식 기능이 포함되어 있어 로봇이 별도로 두 개의 개별 객체로 구별하지 못할 수도 있다. 예를 들어, 스테레오 비젼을 사용하는 로봇은 한 물체가 두 번째 물체 앞에 있으면 두 물체를 구분할 수 없으므로 두 번째 물체를 부분적으로 또는 완전히 숨길 수 있다. 3 차원 스테레오 디스플레이는 엔터테인먼트 및 자동화 시스템에도 사용된다.
SL(Structured-Light) 기법은 투사된 광 패턴과 촬영 카메라를 이용하여 물체의 3 차원 형상을 측정하는 기술이다. 그리드(grid), 수평 바 또는 평행한 줄무늬의 다른 패턴과 같은 공지된 패턴의 광이 장면이나 또는 장면 내의 3D 개체 상에 투영될 수 있고, 투영된 패턴은 3D 개체의 표면에 충돌할 때 변형되거나 변위될 수 있다. 이러한 변형은 SL 비전 시스템이 물체의 깊이 및 표면 정보를 결정할 수 있게 한다. 즉, 좁은 대역의 빛을 3D 표면에 투사하면 프로젝터의 관점과 다른 관점에서 왜곡되어 보이는 조명선이 생길 수 있다. 왜곡은 3D 객체의 조명된 표면의 기하학적 재구성을 위해 사용될 수 있다. SL- 기반 3D 이미징 기술은 3D 장면의 지문 촬영, 생산 과정 중 구성 요소의 인라인 검사, 헬스케어 환경에서 인체의 형상 또는 인체 피부의 미세 구조의 실시간 측정을 얻는 것과 같은 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 낮은 조명, 악천후 또는 강한 주변광과 같은 어려운 조건 하에서 운전자를 위한 개선된 시야를 제공할 수 있는 자율 주행 시스템을 구성하는 방법을 제공하는데 있다.
예시적인 실시 예는 적어도 하나의 단일 광자 애벌란시 다이오드 (SPAD), 논리 회로, 그리고 차동 시간-대-전하 변환기(DTCC) 회로를 포함할 수 있는 시간-분해 센서를 제공한다. 각각의 SPAD는 하나 이상의 광자가 물체로부터 반사된 SPAD 상에 입사하는 하나 이상의 광자를 검출하는 것에 기초하여 출력 신호를 생성하기 위해 액티브 셔터 신호에 응답할 수 있다. 논리 회로는 적어도 하나의 SPAD의 출력 신호에 연결될 수 있다. 논리 회로는 제 1 인에이블 신호 및 제 2 인에이블 신호를 생성할 수 있다. 제 1 인에이블 신호는 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화될 수 있고, 적어도 하나의 SPAD의 출력 신호에 응답하여 비활성화될 수 있다. 제 2 인에이블 신호는 적어도 하나의 SPAD의 출력 신호에 응답하여 활성화될 수 있고, 액티브 셔터 신호의 종료에 응답하여 비활성화될 수 있다. DTCC 회로는 제 1 및 제 2 인에이블 신호에 연결될 수 있다. DTCC 회로는 커패시터, 제 1 스위칭 장치, 제 2 스위칭 장치 및 출력 회로를 포함할 수 있다. 상기 커패시터 디바이스는 제 1 단자 및 제 2 단자를 가질 수 있으며, 상기 제 2 단자는 접지 전압에 연결될 수 있다. 상기 제 1 스위칭 장치는 제 1 단자, 제 2 단자 및 제 3 단자를 가지며, 상기 제 1 스위칭 장치의 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 제 1 단자에 연결될 수 있고, 상기 제 1 스위칭 장치의 제 2 단자는 제 1 플로팅 확산부에 연결되고, 상기 제 1 스위칭 장치의 제 3 단자는 상기 제 1 인에이블 신호에 연결될 수 있다. 제 1 스위칭 장치는 제 1 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스의 제 1 전하를 제 1 플로팅 확산부로 전달할 수 있다. 상기 제 2 스위칭 장치는 제 1 단자, 제 2 단자 및 제 3 단자를 가지며, 상기 제 2 스위칭 장치의 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 제 1 단자에 연결될 수 있고, 상기 제 2 스위칭 장치의 제 2 단자는 제 2 플로팅 확산부에 연결될 수 있고, 상기 제 2 스위칭 장치의 제 3 단자는 상기 제 2 인에이블 신호에 연결될 수 있다. 상기 제 2 스위칭 장치는 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스의 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산부로 전달할 수 있다. 상기 출력 회로는 상기 제 1 플로팅 확산부의 상기 제 1 전하에 기초하는 제 1 전압과 상기 제 2 플로팅 확산부의 잔류 전하에 기초한 제 2 전압을 출력할 수 있다. 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 1 전압의 제 1 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에 비례할 수 있고, 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 2 전압의 제 2 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에 비례할 수 있다.
다른 예시적인 실시 예는 SPAD들의 어레이, 적어도 하나의 논리 회로, 그리고 적어도 하나의 시간-분해 센서를 포함할 수 있는 3 차원(3D) 이미징 시스템을 제공한다. 각각의 SPAD는 하나 이상의 광자가 물체로부터 반사되어 SPAD 상에 입사하는 하나 이상의 광자를 검출하여 출력 신호를 생성하기 위해 액티브 셔터 신호에 응답할 수 있다. 각각의 논리 회로는 적어도 하나의 SPAD의 출력 신호에 연결될 수 있고 제 1 인에이블 신호 및 제 2 인에이블 신호를 생성할 수 있다. 상기 제 1 인에이블 신호는 상기 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화될 수 있고, 상기 적어도 하나의 SPAD의 출력 신호에 응답하여 비활성화될 수 있다. 상기 제 2 인에이블 신호는 상기 적어도 하나의 SPAD의 출력 신호에 응답하여 활성화될 수 있고, 상기 액티브 셔터 신호의 종료에 응답하여 비활성화될 수 있다. 각각의 시간-분해 센서는 대응하는 논리 회로의 제 1 및 제 2 인에이블 신호에 연결될 수 있는 DTCC 회로를 포함할 수 있다. DTCC 회로는 커패시터 디바이스, 제 1 스위칭 장치, 제 2 스위칭 장치 및 출력 회로를 포함할 수 있다. 상기 커패시터 디바이스는 제 1 단자와 제 2 단자를 가지며, 상기 제 2 단자는 접지 전압에 연결된다. 상기 제 1 스위칭 장치는 제 1 단자, 제 2 단자 및 제 3 단자를 가지며, 상기 제 1 스위칭 장치의 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 제 1 단자에 연결될 수 있고, 상기 제 1 스위칭 장치의 제 2 단자는 제 1 플로팅 확산부에 연결되고, 상기 제 1 스위칭 장치의 제 3 단자는 상기 제 1 인에이블 신호에 연결될 수 있다. 제 1 스위칭 장치는 제 1 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스의 제 1 전하를 제 1 플로팅 확산부로 전달할 수 있다. 상기 제 2 스위칭 장치는 제 1 단자, 제 2 단자 및 제 3 단자를 가지며, 상기 제 2 스위칭 장치의 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 제 1 단자에 연결될 수 있고, 상기 제 2 스위칭 장치의 제 2 단자는 제 2 플로팅 확산부에 연결될 수 있고, 상기 제 2 스위칭 장치의 제 3 단자는 상기 제 2 인에이블 신호에 연결될 수 있다. 상기 제 2 스위칭 장치는 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스의 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산부로 전달할 수 있다. 상기 출력 회로는 상기 제 1 플로팅 확산부의 상기 제 1 전하에 기초하는 제 1 전압과 상기 제 2 플로팅 확산부의 잔류 전하에 기초한 제 2 전압을 출력할 수 있다. 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 1 전압의 제 1 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에 비례할 수 있고, 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 2 전압의 제 2 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에 비례할 수 있다.
또 다른 예시적인 실시 예는 시간 분해 방법을 제공하며, 시간 분해 방법은, 액티브 셔터 신호를 생성하는 단계; 상기 액티브 셔터 신호 동안 물체로부터 반사되어 적어도 하나의 단-광자 애벌란시 다이오드(SPAD) 상에 입사하는 하나 또는 그 이상의 광자를 검출하는 단계; 상기 하나 또는 그 이상의 광자에 기초하여 출력 신호를 생성하는 단계; 상기 출력 신호에 응답하여 제 1 인에이블 신호 및 제 2 인에이블 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 인에이블 신호는 상기 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화되고 상기 출력 신호에 응답하여 비활성되며, 상기 제 2 인에이블 신호는 상기 출력 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 액티브 셔터 신호의 종료에 응답하여 비활성화되며; 상기 제 1 인에이블 신호가 활성화되는 경우, 제 1 플로팅 확산부에 제 1 전하를 형성하기 위해 커패시터 디바이스의 전하를 상기 제 1 플로팅 확산부로 전송하는 단계; 상기 제 2 인에이블 신호가 활성화되는 경우, 제 2 플로팅 확산부에 제 2 전하를 형성하기 위해 상기 커패시터 디바이스의 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산 부로 전송하는 단계; 그리고 상기 제 1 전하를 기초로 제 1 전압을, 상기 제 2 전하를 기초로 제 2 전압을, 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간에 비례하는 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 제 1 비와, 그리고 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간에 비례하는 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 제 2 비율을 출력하는 단계를 포함한다.
상술한 특징에 따른 본 발명에 따르면, 악천후 또는 강한 주변광과 같은 어려운 조건 하에서 운전자를 위한 개선된 시야를 제공하여 높은 안전성을 제공할 수 있는 자율 주행 시스템을 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개시된 주제에 따른 4-트랜지스터 PPD 픽셀 셀의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 2는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 1에 도시된 PPD 픽셀 셀의 예시적인 신호 타이밍도를 보여주며;
도 3은 본 발명의 개시된 주제에 따른 시간 분해 센서의 예시적인 실시 예에 따른 블록도를 보여주며;
도 4는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 SPAD 회로의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 5는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 로직 회로의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 6은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 PPD 회로의 예시적인 실시 예의 개략도를 보여주며;
도 7은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 상대적인 신호 타이밍도를 보여주며;
도 8은 본 발명의 개시된 주제에 따른 시간 분해 센서의 다른 예시적인 실시 예의 블록도를 보여주며;
도 9는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 8의 시간 분해 센서의 제 2 PPD 회로의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 10은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 8의 시간 분해 센서의 상대적 신호 타이밍도를 보여주며;
도 11은 본 발명의 개시된 주제에 따른 시간 분해 센서의 또 다른 실시 예의 블록도를 보여주며;
도 12는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 11의 시간 분해 센서의 상대적 신호 타이밍도를 보여주며; 그리고
도 13은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 11의 시간 분해 센서를 사용하는 시간 분해 방법의 순서도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 1에 도시된 PPD 픽셀 셀의 예시적인 신호 타이밍도를 보여주며;
도 3은 본 발명의 개시된 주제에 따른 시간 분해 센서의 예시적인 실시 예에 따른 블록도를 보여주며;
도 4는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 SPAD 회로의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 5는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 로직 회로의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 6은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 PPD 회로의 예시적인 실시 예의 개략도를 보여주며;
도 7은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 3의 시간 분해 센서의 상대적인 신호 타이밍도를 보여주며;
도 8은 본 발명의 개시된 주제에 따른 시간 분해 센서의 다른 예시적인 실시 예의 블록도를 보여주며;
도 9는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 8의 시간 분해 센서의 제 2 PPD 회로의 예시적인 실시 예를 보여주며;
도 10은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 8의 시간 분해 센서의 상대적 신호 타이밍도를 보여주며;
도 11은 본 발명의 개시된 주제에 따른 시간 분해 센서의 또 다른 실시 예의 블록도를 보여주며;
도 12는 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 11의 시간 분해 센서의 상대적 신호 타이밍도를 보여주며; 그리고
도 13은 본 발명의 개시된 주제에 따른 도 11의 시간 분해 센서를 사용하는 시간 분해 방법의 순서도를 보여준다.
이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 개시된 양상들이 이러한 특정 세부 사항들없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 방법들, 절차들, 구성 요소들 및 회로들은 여기에 개시된 주제를 모호하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않았다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시 예 "또는 "실시 예"는 본 실시 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 명세서에 개시된 적어도 하나의 실시 예에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시 예에서" 또는 "실시 예에서" 또는 "일 실시 예에 따라"(또는 유사한 다른 어구) 구의 출현은 모두 반드시 동일한 실시 예를 지칭하지는 않는다. 또한, 특정 피처, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시 예에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에 사용된 바와 같이, "예시적인"이라는 단어는 "예시, 실례 또는 예시를 제공함"을 의미한다. "예시적인" 것으로 여기에서 설명된 임의의 실시 예는 다른 실시 예보다 반드시 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 여기에서 논의의 문맥에 따라, 단수는 대응하는 복수의 형태를 포함할 수 있고, 복수의 용어는 상응하는 단수 형태를 포함할 수 있다. 본 명세서에 도시되고 논의된 다양한 도면(구성 요소도 포함)은 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 실제 척도로 그려진 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 마찬가지로, 다양한 파형 및 타이밍도가 단지 예시적인 목적을 위해 도시된다. 예를 들어, 일부 요소의 치수는 명확성을 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 고려되는 경우, 참조 부호는 대응하는 및/또는 유사한 요소를 나타내기 위해 도면들 사이에서 반복되었다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정의 예시적인 실시 예를 설명하기 위한 것이지 청구된 요지를 한정하려는 것은 아니다. 여기에서 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함하고자 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하는" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 구성 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 나타내지만, 존재를 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다. 또는 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 그룹의 추가를 포함할 수 있다. 여기에 사용된 "첫 번째", "두 번째 "등의 용어는 앞에 명시된 명사의 레이블로 사용되며 명시적으로 정의되지 않은 한, 모든 유형의 순서(예: 공간적, 시간적, 논리적 등)를 암시하지 않는다. 또한, 동일하거나 유사한 기능을 갖는 부품, 부품, 블록, 회로, 유닛 또는 모듈을 지칭하기 위해 2 이상의 도면에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용될 수 있다. 그러나 이러한 사용법은 설명의 간소화 및 논의의 용이함을 위해서만 사용된다. 그러한 구성 요소 또는 유닛의 구성 또는 구조적 세부 사항이 모든 실시 예에 걸쳐 동일하다는 것을 의미하지 않으며, 공통으로 참조된 부품/모듈이 본 명세서에 개시된 특정 실시 예의 교시를 구현하는 유일한 방법이라는 것을 의미하지는 않는다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어들(기술적 그리고 과학적 용어들을 포함하는)은 본 발명이 속한 기술 분야에서 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 이러한 용어들은 본 명세서 그리고/또는 관련 기술의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의되지 않는 한 이상화되거나 지나지게 형식적인 감각으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에 개시된 주제의 일 실시 예는, 이에 제한되지는 않지만 낮은 조명, 악천후 또는 강한 주변광과 같은 어려운 조건 하에서 운전자를 위한 개선된 시야를 제공하고, TOF 시스템의 픽셀에서 단-광자 애벌란시 다이오드(SPAD) 회로, 로직 회로 및 핀형 포토다이오드(PPD) 회로를 결합함으로써 자율 주행 시스템의 성능을 향상시키는데 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 제어된 전하 이동, 광자 카운팅, 그리고 단일 종단 대 차분 시간 전하 변환(single-ended-to-differential time-to charge conversion)에 기초한 거리 측정을 제공할 수 있다. 일 실시 예에서, PPD 회로는 하나보다 많은 전송 게이트 및 하나 이상의 저장 노드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 본 명세서에 개시된 주제는 VTX 신호의 슬로프의 변화에 의해 야기되거나 시간 분해 센서에서의 픽셀들 간에 존재하는 PPD의 용량의 변화에 의해 야기될 수 있는 거리 측정 오차를 갖지 않는 시간 분해 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 개시된 주제에 따른 4-트랜지스터 PPD 픽셀 셀(100)의 예시적인 실시 예의 개략도를 보여준다. 4-트랜지스터 PPD 픽셀 셀(100)은 PPD(101), 제 1 트랜지스터(103), 제 2 트랜지스터(105), 제 3 트랜지스터(107) 및 제 4 트랜지스터(109)를 포함할 수 있다. PPD(101)는 캐소드 및 접지 전위에 연결된 애노드를 포함할 수 있다. PPD(101)는 커패시터와 유사한 방식으로 전하를 저장할 수 있다. 일 실시 예에서, PPD(101)는 광에 반응하지 않도록 커버될 수 있고, 광감지 소자 대신에 시간-대-전하 컨버터로 사용될 수 있다.
제 1 트랜지스터(103)는 PPD(101)의 캐소드에 연결된 제 1 소스/드레인(S/D) 단자, PPD(101)로부터 전하를 전달하기 위한 TX 신호를 수신할 수 있는 게이트 단자 및 PPD(101)로부터 전하가 전달되는 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 전달될 수 있는 전하는 전자일 수 있다. 다른 예시적인 실시 예에서, 전달되는 전하가 정공인 상이한 디자인을 갖는 PPD가 사용될 수 있다.
제 2 트랜지스터(105)는 화소의 VPIX 전압을 수신하기 위한 제 1 S/D 단자, 제 1 트랜지스터(103)의 제 2 S/D 단자에 연결된 게이트 단자 및 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 2 트랜지스터(105)의 게이트 단자와 제 1 트랜지스터(103)의 제 2 S/D 단자 사이의 도전 경로는 플로팅 확산(floating diffusion: FD) 노드일 수 있다. 제 2 트랜지스터(105)는 FD 노드에 저장된 전하를 제 2 트랜지스터(105)의 제 2 S/D 단자에서의 전압으로 변환하도록 동작할 수 있다.
PPD(101)로부터 FD 노드로 전송될 수 있는 전하는 TX 신호에 의해 조정될 수 있다. 일 실시 예에서, VTX 신호는 VTX 신호가 PPD(101) 상의 전하를 FD 노드로 점차적으로 전달하는 램프된 형상을 가질 수 있는 TX 신호로서 인가될 수 있다. PPD(101)로부터 FD 노드로 전달되는 전하량은 VTX 신호의 전압 레벨의 함수일 수 있고, VTX 전압의 상승은 시간의 함수일 수 있다. 따라서, PPD(101)로부터 FD 노드로 전달되는 전하는 또한 시간의 함수일 수 있다. PPD(101)로부터 FD 노드로의 전하 전송 중에, 예를 들어 들어오는 광자의 검출에 응답하여 제 1 트랜지스터(103)가 턴-오프되면, PPD(101)로부터 FD 노드로의 전하 전송은 중단된다. FD 노드로 전달되는 전하량이 많을수록 FD 노드에서 더 큰 전압 감소 및 그에 따른 PPD(101)에서의 전압 상승을 초래한다. FD 노드로 전달되는 전하량 및 PPD(101) 상에 남아있는 전하량은 모두다 입사되는 광자의 비행시간(Time-of-Flight: TOF)의 함수일 수 있다. VTX 신호 및 입사되는 광자의 검출에 기초하여 PPD(101)로부터 FD 노드로 전하의 전달은 전하의 단일 종단- 차동 변환으로 간주될 수 있다.
제 3 트랜지스터(107)는 화소에 대한 VPIX 전압을 수신하는 제 1 S/D 단자, FD 노드의 충전 레벨을 리셋하기 위한 RST 신호를 수신하는 게이트 단자 및 FD 노드 및 제 1 트랜지스터(103)의 제 2 S/D 단자에 연결되는 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 4 트랜지스터(109)는 제 2 트랜지스터(105)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, SEL 신호를 수신하는 게이트 단자 및 화소 출력(PIXOUT) 데이터 라인에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. SEL 신호는, PPD(101)의 잔류 전하가 PIXOUT2 신호로서 FD 노드로 전달된 후, FD 노드에 전송된 전하에 대응하는 전압을 PIXOUT1 신호 또는 후속하여 PPD(101)에 남아있는 전하에 대응하는 전압인 PIXOUT2 신호 중 어느 하나를 판독하기 위해 픽셀을 선택하는데 사용된다. 일 실시 예에서, PIXOUT1 신호와 PIXOUT2 신호의 합에 대한 PIXOUT1 신호의 비율은 픽셀에 의해 수신된 광신호의 TOF와 지연 시간 간의 차이에 비례한다. 이러한 특징은 아래 수학식 1로 나타낼 수 있다.
수학식 1에 표현된 비율은 물체의 깊이 또는 거리를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 'PIXOUT1+PIXOUT2'가 측정-측정에 변화하지 않는 경우, 측정-측정값 변화에 덜 민감할 수 있다.
제 1 트랜지스터(103), 제 2 트랜지스터(105), 제 3 트랜지스터(107) 및 제 4 트랜지스터(109) 각각은 n 채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(n형 MOSFET) 또는 p 채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(p형 MOSFET)일 수 있다. 그러나, 본 발명에 개시된 실시 예는 임의의 다른 적절한 트랜지스터가 사용될 수 있기 때문에 n형 MOSFET 또는 p형 MOSFET을 사용하는 것에 제한되지 않는다.
도 2는 본 명세서에 개시된 주제에 따른 도 1에 도시된 PPD 픽셀 셀(100)에 대한 예시적인 상대적 신호 타이밍도(200)를 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같이, VPIX 신호는 PPD 픽셀 셀(100)을 초기화하기 위해 낮은 논리 전압 (논리 0 또는 0V)에서 시작하고 나중에 PPD 픽셀 셀(100)의 동작 동안 높은 논리 전압(논리 1 또는 3V)으로 스위칭할 수 있다. RST 신호는 FD 노드의 전하를 0 쿨롱으로 설정하고, PPD(101)의 전하를 총-우물 용량으로 설정하기 위해, PPD 픽셀 셀(100)의 초기화 동안 로직 0에서 로직 1로 변경되고, 다시 로직 0으로 돌아갈 수 있다(비록 PPD(101)에서 전하를 설정하기위한 회로가 도 1에 도시되어 있지 않지만).
거리 측정 작동 동안, SHUTTER 신호가 하이로 활성화되고 VTX 신호가 램프 업을 시작한다. SHUTTER 신호가 활성화될 수 있는 시간은 물체로부터 반사된 광자(광자 검출 이벤트)를 수신하기 위한 PPD 픽셀 셀(100)의 최소 측정 거리에 대응할 수 있다.
초기화 후에, PPD(101)는 완전히 충전되고(도 2의 "PPD에서의 충전" 신호), VTX 신호가 0V에서 선형으로 상승함에 따라, PPD(101) 상의 전하가 FD 노드로 전달된다. 광 검출 이벤트가 발생하면, SHUTTER 신호는 비활성 상태가 되고, TX 신호에서 제 1 트랜지스터(101)에 인가된 VTX 신호는 비활성 상태가 된다. (SHUTTER 신호 및 VTX 신호는 TOF 센서의 최대 거리에 해당하는 시간에 비활성 상태가 될 수 있다). PPD(101)로부터 FD 노드로 전송된 전하량은 VTX 신호가 제 1 트랜지스터(101)의 게이트에 얼마나 오래 동안 인가되었는지의 함수이다. 도 2의 "FD 상에 충전" 신호에 의해 알 수 있듯이, PPD(101)로부터 FD 노드로 전달된 전자가 많을수록, FD 노드상의 전압이 더 낮아진다.
일 실시 예에서, VTX 신호는 이상적으로 선형일 수 있고, 그리고 이상적으로 TOF 픽셀 어레이의 다른 픽셀 전체에서도 균일할 수 있다. 그러나, 실제로, TOF 픽셀 어레이의 다른 픽셀들에 적용될 수 있는 VTX 신호는 픽셀마다 다를 수 있으며, 따라서 픽셀-대-픽셀 기준으로 VTX 신호의 변화에 의존하는 범위 측정에서 에러가 야기되고, 측정-대-측정 기준에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 요지에 따른 시간 분해 센서(300)의 예시적인 실시 예의 블록도를 보여준다. 시간 분해 센서(300)는 SPAD 회로(301), 논리 회로(303) 및 PPD 회로(305)를 포함할 수 있다.
SPAD 회로(301)는 광자를 검출하기 위한 SPAD, VSPAD 전압을 수신하기 위한 제 1 입력, 전자 셔터의 개폐를 제어하는 SHUTTER 신호를 수신하는 제 2 입력, VDD 전압을 수신하기 위한 제 3 입력, 그리고 검출 이벤트(DE) 신호를 출력하는 출력을 포함한다. 광자를 수신한 것에 응답하여, SPAD 회로(301)는 VSPAD 전압으로부터 SPAD 항복 전압 이하의 전압으로 빠르게 이동한 다음 점진적으로 VSPAD 전압으로 복귀하는 펄스 신호를 출력한다.
논리 회로(303)는 SPAD 회로(301)로부터 출력된 DE 신호에 연결된 제 1 입력, PPD 회로(305)의 PPD에 남아있는 전하를 FD 노드로 완전히 전달하기 위한 TXRMD 신호를 수신하는 제 2 입력, TXEN 신호를 출력하는 출력을 갖는다.
PPD 회로(305)는 논리 회로(303)로부터 출력된 TXEN 신호에 연결된 제 1 입력, PPD 회로(305)의 PPD로부터 FD 노드로 전하를 부분적으로 또는 완전히 전달하기 위해 VTX 신호를 수신하기 위한 제 2 입력, FD 노드의 전하를 리셋하고 PPD의 전하를 프리셋하는 RST 신호를 수신하기 위한 제 3 입력, PPD 회로(305)를 위한 VPIX 전압을 수신하기 위한 제 4 입력, PIXOUT1 신호(FD 노드의 전하를 나타냄) 또는 PIXOUT2 신호(PPD에 남아있는 전하를 나타냄) 중 하나의 판독을 가능하게 하는 SEL 신호를 수신하기 위한 제 5 입력, 및 PIXOUT1 신호 및 PIXOUT2 신호를 출력하기 위한 PIXOUT 출력을 포함할 수 있다.
도 4는 본 명세서에 개시된 요지에 따른 시간 분해 센서(300)의 SPAD 회로(301)의 예시적인 실시 예의 개략도를 보여준다. 일 실시 예에서, SPAD 회로(301)는 저항(401), SPAD(403), 커패시터(405), P형 MOSFET 트랜지스터(407) 및 버퍼(409)를 포함할 수 있다. 저항(401)은 VSPAD 전압을 수신하기 위한 제 1 단자, 및 제 2 단자를 포함할 수 있다. SPAD(403)는 접지 전위에 연결된 애노드(anode) 및 저항(401)의 제 2 단자에 연결된 캐소드(cathode)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 저항(401) 및 SPAD(403)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. SPAD(403)는 빛에 반응할 수 있다. 광자를 수신한 것에 응답하여, SPAD(403)는 VSPAD 전압으로부터 항복 전압 이하로 빠르게 이동한 다음 점진적으로 VSPAD 전압으로 복귀하는 펄스 신호를 출력한다. 일 실시 예에서, 항복 전압은 특정 임계 전압일 수 있다.
커패시터(405)는 SPAD(403)의 캐소드에 연결된 제 1 단자 및 제 2 단자를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 커패시터(405)는 생략될 수 있다. p형 MOSFET(407)은 커패시터(405)의 제 2 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, SHUTTER 신호를 수신하는 게이트 및 VPIX 전압(VDD)을 수신하기 위한 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 버퍼(409)는 커패시터(405)의 제 2 단자에 연결된 입력 단자와, DE 신호를 출력하는 출력 단자를 포함할 수 있다. DE 신호는 SPAD 회로(301)의 DE 출력에 대응할 수 있다. 다른 실시 예에서, 버퍼(409)는 인버터일 수 있다.
도 5는 본 명세서에 개시된 요지에 따른 시간 분해 센서(300)의 논리 회로(303)의 예시적인 실시 예의 개략도를 보여준다. 논리 회로(303)는 래치(501) 및 2-입력 OR 게이트(503)를 포함할 수 있다.
래치(501)는 SPAD 회로(301)로부터 출력된 DE 신호에 연결된 입력 및 출력을 포함할 수 있다. DE 신호에 응답하여, 래치는 예를 들어 논리 1에서 논리 0으로 진행하고, 논리 0으로 유지되는 논리 신호를 출력한다. 즉, 래치(501)는 펄스형 신호를 로직 1에서 로직 0으로 진행하고 리셋될 때까지 로직 1로 복귀하지 않고 로직 0으로 유지되는 신호로 변환한다. 래치 출력은 리딩 에지가 SPAD 회로(301)의 설계에 의존하여 양으로 진행하거나 또는 음으로 진행할 수 있는 DE 신호의 리딩 에지에 의해 트리거될 수 있다.
2-입력 OR 게이트(503)는 래치(501)의 출력에 연결된 제 1 입력, TXRMD 신호를 수신하기 위한 제 2 입력, 및 TXEN 신호를 출력하는 출력을 포함할 수 있다. 2-입력 OR 게이트(503)는 논리합 기능을 수행하고 그 결과를 TXEN 신호로서 출력한다. 특히, 2-입력 OR 게이트(503)의 출력은, SHUTTER가 논리 1일 때 광자가 SPAD 회로(301)에 의해 수신되거나, 또는 PPD 회로 (305)의 PPD의 잔여 전하가 FD 노드에 완전히 전송되어 PIXOUT2 신호로서 판독될 때 발생하는 TXRMD 신호가 논리 1 인 경우, 논리 1로 된다.
도 6은 본 명세서에 개시된 요지에 따른 시간 분해 센서(300)의 PPD 회로(305)의 예시적인 실시 예의 개략도를 도시한다. PPD 회로(305)는 PPD(601), 제 1 트랜지스터(603), 제 2 트랜지스터(605), 제 3 트랜지스터(607), 제 4 트랜지스터(609) 및 제 5 트랜지스터(611)를 포함할 수 있다.
PPD(601)는 접지 전위 및 애노드(음극)에 연결된 케소드(양극)를 포함할 수 있다. PPD(601)는 커패시터와 유사한 방식으로 전하를 저장할 수 있다. 일 실시 예에서, PPD(601)는 커버되어 광에 반응하지 않을 수 있으며, 광 감지 소자 대신에 시간-대-전하 컨버터로 사용될 수 있다.
제 1 트랜지스터(603)는 논리 회로(303)의 TXEN 신호 출력단에 연결된 게이트 단자, VTX 신호를 수신하기 위한 제 1 S/D 단자 및 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 1 트랜지스터(603)는 VTX 신호를 수신할 수 있으며, TXEN 신호의 제어하에 VTX 신호가 제 1 트랜지스터(603)를 통과하여 제 1 트랜지스터(603)의 제 2 S/D 단자에서 TX 신호를 출력하도록 할 수 있다.
제 2 트랜지스터(605)는 제 1 트랜지스터(603)의 제 2 S/D 단자에 연결된 게이트 단자, PPD(601)의 캐소드에 연결된 제 1 S/D 단자 및 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 2 트랜지스터(605)는 게이트 단자에서 TX 신호를 수신하고, 소스 단자의 PPD(601)상의 전하를 FD 노드에 연결된 드레인 단자로 전달할 수 있다. FD 노드와 접지 사이에 기생 커패시턴스가 있을 수 있으며, 이는 도 6에 나타나지 않는다. 일 실시 예에서, 물리적 커패시턴스는 또한 FD 노드와 접지 사이에 연결될 수 있다.
제 3 트랜지스터(607)는 RST 신호를 수신하는 게이트 단자, VPIX 전압을 수신하는 제 1 S/D 단자 및 제 2 트랜지스터(605)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다 .
제 4 트랜지스터(609)는 제 2 트랜지스터(605)의 제 2 S/D 단자에 연결되는 게이트 단자, 제 3 트랜지스터(607)의 제 1 S/D 단자에 연결되는 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 5 트랜지스터(611)는 SEL 신호를 수신하는 게이트 단자, 제 4 트랜지스터(609)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 1 S/D 단자 및 PPD 회로(305)의 PIXOUT의 출력인 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 5 트랜지스터(611)는 FD 노드의 전하(PIXOUT1) 또는 PPD(601)의 잔류 전하(PIXOUT2)를 판독하기 위해 픽셀을 선택하기 위한 SEL 신호를 수신할 수 있다.
PPD(601)에서 FD 노드로 전달된 전하는 TX 신호에 의해 제어된다. 일 실시 예에서, VTX 신호는 제 1 트랜지스터(603)를 통해 연결되어 TX 신호가 된다. VTX 신호는 PPD(601)로부터 FD 노드로 전하를 점점 더 전달하기 위해 상향으로 램프된다. PPD(601)로부터 FD 노드로 전달되는 전하량은 TX 신호의 레벨의 함수일 수 있고, TX 신호의 램핑은 시간의 함수일 수 있다. 따라서, PPD(601)로부터 FD 노드로 전달되는 전하는 시간의 함수일 수 있다. PPD(601)로부터 FD 노드로의 전하 전송 중에, 들어오는 광자를 검출하는 SPAD 회로(301)에 응답하여 제 2 트랜지스터(605)가 턴-오프되면, PPD(601)로부터 FD 노드로의 전하 전송이 중단된다. FD 노드에 전달되는 전하량 및 PPD(601)에 남아있는 전하량은 둘 모두 들어오는 광자의 TOF와 관련될 수 있다. TX 신호와 입력되는 광자의 검출에 기초하여 PPD(601)로부터 FD 노드로의 전하의 전송은 전하의 시간에 대한 단일 종단-차동 변환을 제공하는 것으로 간주 될 수 있다.
제 4 트랜지스터(609)는 FD 노드에 저장된 전하를 제 4 트랜지스터(609)의 제 2 S/D 단자에서의 전압으로 변환하도록 동작한다. SEL 신호는 FD 노드로 전달된 전하에 대응하는 PIXOUT1 신호, 또는 후속하여 PPD(601)에 남아있는 전하가 FD 노드에 전달된 후에 PPD(601)에 여전히 남아있는 전하에 대응하는 PIXOUT2 신호를 판독하기 위해 픽셀을 선택하는데 사용된다. 일 실시 예에서, PIXOUT1 신호와 PIXOUT2 신호의 합에 대한 PIXOUT1 신호의 비율은 수학식 1에서 표현된 바와 같이 픽셀에 의해 수신된 광 신호의 TOF와 지연 시간 간의 차이에 비례한다. VTX가 상향으로 램프가 시작된 후에 광 펄스가 전송되는 실시 예에서, 지연 시간은 음일 수 있다.
시간 분해 센서(300)에 대해, 수학식 1에 표현된 비율은 물체의 깊이 또는 거리를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 측정때마다 PIXOUT1+PIXOUT2의 측정 값이 변하지 않으면 비율은 측정 간 변화에 덜 민감하다. 일 실시 예에서, VTX 신호는 이상적으로 선형일 수 있고, 이상적으로 TOF 픽셀 어레이의 여러 픽셀들 전체에 걸쳐 균일할 수 있다. 그러나, 실제로는, TOF 픽셀 어레이의 상이한 픽셀에 인가될 수 있는 VTX 신호는 픽셀마다 다를 수 있으며, 이에 따라 픽셀간 VTX 신호의 변화에 의존하는 거리 측정에서 에러가 발생하고, 또한 VTX 신호는 측정마다 다를 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 트랜지스터(603), 제 2 트랜지스터(605), 제 3 트랜지스터(607), 제 4 트랜지스터(609) 및 제 5 트랜지스터(611)는 각각 n형 MOSFET 또는 p형 MOSFET일 수 있다. 그러나, 여기에 개시된 내용은 임의의 다른 적합한 트랜지스터가 사용될 수 있기 때문에 n형 MOSFET 또는 p형 MOSFET을 사용하는 것으로 제한되지는 않는다.
도 7은 본 발명의 특징에 따른 도 3의 시간 분해 센서(300)에 대한 예시적인 상대적 신호 타이밍도(700)를 보여준다. 도 7에서, 셔터 오프(초기화) 기간 동안, RST 신호, VTX 신호 및 TX 신호는 각각 하이(논리 1)가 되고, 이어서 0(논리 0)으로 되돌아와 PPD 회로(305)를 리셋한다. TXEN 신호는 하이 상태이다. PPD(601)는 초기화 기간에서 그 풀-웰 용량으로 충전될 수 있다. VTX 신호 및 TX 신호는 로우 레벨이 되어 PPD 회로(305)의 제 2 트랜지스터(605)를 턴 오프시킨다. VPIX 전압이 높아지고, 이에 따라 FD 노드가 리셋된다. RST 신호가 0으로 또는 직후에 되돌아오면, 광 펄스가 대상을 향하여 전송된다. 그런 다음 VTX 신호가 위쪽으로 램프되기 시작하고 SHUTTER 신호는 하이 상태로 높아져 셔터 온(Shutter On) 기간이 시작된다.
VTX 신호가 상향으로 상승함에 따라, TX 신호는 또한 상승하고 FD 노드상의 전하는 TX 신호에 응답하여 감소하기 시작한다. 되돌아온(반환된) 광 펄스는 TXEN 신호가 로우 레벨(로직 0)이 되게함으로써, FD 노드와 PPD(601) 사이에서 전하의 전송을 정지시킨다.
지연 시간(T dly )은 전송된 광 펄스의 시작과 TX 신호가 상향으로 램프하기 시작하는 시간 사이의 시간을 나타낸다. 비행 시간(T tof )은 전송된 광 펄스의 시작과 반환된 신호가 수신되는 시간 사이의 시간을 나타낸다. 전자 셔터 시간(T sh )은 전자 셔터가 개방된 시점부터 전자 셔터가 폐쇄되는 시점까지의 시간(셔터 온 기간)을 나타낸다. 일 실시 예에서, 전자 셔터 시간(Tsh)은 VTX 신호의 램핑 시간보다 작거나 같을 수 있다.
전송된 전하는 판독 전하 전송 기간 동안 PIXOUT1 신호로서 판독된다. SHUTTER 신호가 로우 레벨인 동안, RST 신호는 하이가 되어 다시 FD 노드의 충전을 리셋한 다음, TXRMD, TXEN 및 TX 신호가 하이 레벨이 되어 PIXOUT2 신호로 판독하기 위해 PPD(601) 상의 잔류 전하를 FD 노드로 전송한다.
도 8은 본 발명에 개시된 특징에 따른 시간-분해 센서(800)의 다른 예시적인 실시 예의 블록도를 보여준다. 시간-분해 센서(800)는 SPAD 회로(801), 논리 회로(803) 및 제 2 PPD 회로(805)를 포함할 수 있다.
SPAD 회로(801)는 광자를 검출하는 SPAD, VSPAD 전압을 수신하는 제 1 입력, 전자 셔터의 개폐를 제어하는 SHUTTER 신호를 수신하는 제 2 입력, VDD 전압을 수신하는 제 3 입력(VDD), 그리고 검출 이벤트(DE) 신호를 출력하는 출력을 갖는다. 광자를 수신한 것에 응답하여, SPAD 회로(801)는 VSPAD에서 0으로 빠르게 움직이고 점진적으로 VSPAD로 되돌아가는 펄스 신호를 출력한다. 일 실시 예에서, SPAD 회로(801)는 도 3에 도시된 SPAD 회로(301)와 동일할 수 있다.
논리 회로(803)는 SPAD 회로(801)의 DE 출력에 연결된 제 1 입력, 제 2 PPD 회로(805)의 PPD에 남아있는 전하를 완전히 전달하기 위한 TXRMD 신호를 수신하기 위한 제 2 입력, 및 TXEN 신호를 출력하기 위한 출력을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 논리 회로(803)는 도 3에 도시된 논리 회로(303)와 동일할 수 있다.
제 2 PPD 회로(805)는 논리 회로(803)로부터 출력된 TXEN 신호에 연결된 제 1 입력, TXRMD 신호를 수신하기 위해 논리 회로(803)의 제 2 입력에 연결된 제 2 입력, 제 2 PPD 회로(805)의 PPD로부터 제 2 PPD 회로(805)의 제 1 플로팅 확산 노드(FD1)로 전하를 부분적으로 또는 완전히 전달하기 위한 VTX 신호를 수신하기 위한 제 3 입력, FD1 노드에서 전하를 리셋하기 위한 RST 신호를 수신하고 PPD의 전하를 프리셋하는 제 4 입력, 제 2 PPD 회로(805)를 위한 VPIX 전압을 수신하기 위한 제 5 입력, 그리고 PIXOUT1 출력의 FD 노드1 상의 전하에 대응하는 PIXOUT1 신호의 판독을 가능하게하고, PIXOUT2 출력에서 제 2 PPD 회로(805)의 PPD에 남아있는 전하에 대응하는 PIXOUT2 신호를 판독할 수 있게 하기 위한 SEL 신호를 수신하기 위한 제 6 입력을 포함할 수 있다.
도 9는 본 명세서에 개시된 요지에 따른 시간-분해 센서(800)의 제 2 PPD 회로(805)의 예시적인 실시 예의 개략도를 보여준다. 제 2 PPD 회로(805)는 PPD(901), 제 1 트랜지스터(903), 제 2 트랜지스터(905), 제 3 트랜지스터(907), 제 4 트랜지스터(909), 제 5 트랜지스터(911), 제 6 트랜지스터(913), 제 7 트랜지스터(915), 제 8 트랜지스터(917), 및 제 9 트랜지스터(919)를 포함한다.
PPD(901)는 접지 전위에 연결된 양극 및 음극을 포함할 수 있다. PPD(901)는 커패시터와 유사한 방식으로 전하를 저장할 수 있다. 일 실시 예에서, PPD(901)는 커버되어 광에 반응하지 않을 수 있으며, 광 감지 소자 대신에 시간-대-전하 컨버터로 사용될 수 있다.
제 1 트랜지스터(903)는 논리 회로(803)의 출력에 접속되어 TXEN 출력을 수신하는 게이트 단자, PPD(901)로부터의 전하 전송을 제어하기 위한 VTX 전압을 수신하는 제 1 S/D 단자와 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 2 트랜지스터(905)는 제 1 트랜지스터(903)의 제 2 S/D 단자에 연결되어 PPD(901)로부터 전하를 전달하는 TX 신호를 수신하는 게이트 단자, PPD(901)의 케소드에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 PPD(901)로부터 전하가 전달되는 제 1 플로팅 확산 노드(FD1)에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함한다. FD1 노드는 제 1 커패시턴스를 가질 수 있다. 도 9에는 도시되지 않았지만, FD1 노드와 접지 사이에 기생 커패시턴스가 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 물리적 커패시턴스가 또한 FD1 노드와 접지 사이에 연결될 수 있다. PPD(901)로부터 제 2 트랜지스터(905)를 통해 FD1 노드로 전달된 전하는 TX 신호에 의해 제어된다.
제 3 트랜지스터(907)는 FD1 노드와 제 2 트랜지스터(905)의 제 2 S/D 단자에 연결되는 게이트 단자, VPIX 전압을 입력받는 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 S/D 단자를 포함한다. 제 3 트랜지스터(907)는 FD1 노드에 저장된 전하를 제 3 트랜지스터(907)의 제 2 S/D 단자에서의 전압으로 변환하도록 동작할 수 있다.
제 4 트랜지스터(909)는 FD1 노드의 충전 레벨을 설정하기 위한 RST 신호를 수신하는 게이트 단자, VPIX 전압을 수신하는 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 트랜지스터(905)의 S/D 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 5 트랜지스터(911)는 FD1 노드의 전하를 판독하기 위한 SEL 신호를 수신하는 게이트 단자, 제 3 트랜지스터(907)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 FD1 노드상의 전하에 대응하는 전압을 PIXOUT1 신호로서 출력하기 위한 픽셀 출력 PIXOUT1 데이터 라인에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 6 트랜지스터(913)는 PPD(901)에 남아있는 전하를 제 2 플로팅 확산 노드(FD2)로 완전히 전달하기 위한 TXRMD 신호를 수신하는 게이트 단자, PPD(901)의 캐소드에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 FD2 노드에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. FD2 노드는 제 2 커패시턴스를 가질 수 있다. 도 9에는 도시되지 않았지만, FD2 노드와 접지 사이에 기생 커패시턴스가 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 물리적 커패시턴스가 또한 FD2 노드와 접지 사이에 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, FD2 노드의 제 2 커패시턴스는 FD1 노드의 제 1 커패시턴스와 동일할 수 있다. PPD(901) 내의 임의의 잔류 전하가 제 6 트랜지스터(913)를 통해 FD2 노드로 전달될 수 있다.
제 7 트랜지스터(915)는 게이트 단자가 제 6 트랜지스터(913)의 제 2 S/D 단자와 FD2 노드에 연결되며 VPIX 전압을 수신하기 위한 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 7 트랜지스터(915)는 FD2 노드에 저장된 전하를 제 7 트랜지스터(915)의 제 2 S/D 단자에서의 전압으로 변환하도록 동작할 수 있다.
제 8 트랜지스터(917)는 FD2 노드의 충전 레벨을 설정하기 위한 RST 신호를 수신하는 게이트 단자, VPIX 신호를 수신하기 위한 제 1 S/D 단자, 그리고 제 6 트랜지스터(913)의 소스 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 9 트랜지스터(919)는 FD2 노드의 전하에 대응하는 전압을 판독하기 위해 화소를 선택하기 위한 SEL 신호를 수신하는 게이트 단자, 제 7 트랜지스터(915)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 PIXOUT2 신호로서 FD2 노드상의 전하에 대응하는 전압을 출력하기 위한 픽셀 출력 PIXOUT2 데이터 라인에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함한다.
일 실시 예에서, VTX 신호(및 TX 신호)는 PPD(901)로부터 FD1 노드로 전하를 전송하도록 램프업 될 수 있다. PPD(901)로부터 FD1 노드로 전달되는 전하량은 TX 신호의 레벨의 함수일 수 있고, TX 전압의 상승은 시간의 함수일 수 있다. 따라서, PPD(901)로부터 FD1 노드로 전달되는 전하는 시간의 함수일 수 있다. PPD(901)로부터 FD1 노드로의 전하 전송 중에, 입사되는 광자를 검출하는 SPAD 회로(801)에 응답하여 제 2 트랜지스터(905)가 턴 오프되면, PPD(901)로부터 FD1 노드로의 전하 전송이 정지되고, FD1 노드로 전달된 전하량과 PPD(901)에 남아있는 전하량은 모두 입사되는 광자의 TOF와 관련이 있다. TX 신호 및 입사되는 광자의 검출에 기초하여 PPD(901)로부터 FD1 노드로의 전하 전송은 전하를 시간에 따라 단일 종단 대 차동 변환을 제공한다.
시간-분해 센서(800)에 대해, 수학식 1은 물체의 깊이 또는 거리를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 매 측정때마다 PIXOUT1+PIXOUT2의 측정 값이 변하지 않으면, 측정 간 변화에 덜 민감하게 된다. 일 실시 예에서, VTX 신호는 이상적으로 선형일 수 있고 이상적으로 TOF 픽셀 어레이의 서로 다른 픽셀들 전체에 걸쳐 균일할 수 있다. 하지만, 실제로, TOF 픽셀 어레이의 서로 다른 픽셀에 인가될 수 있는 VTX 신호는 픽셀마다 다를 수 있으며, 이에 따라 픽셀간 픽셀의 VTX 신호의 변화에 의존하는 거리 측정에서 에러가 발생하고, 또한 매측정때마다 다를 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 트랜지스터(903), 제 2 트랜지스터(905), 제 3 트랜지스터(907), 제 4 트랜지스터(909), 제 5 트랜지스터(911), 제 6 트랜지스터(913), 제 7 트랜지스터(915), 제 8 트랜지스터(917) 및 제 9 트랜지스터(919)는 각각 n형 MOSFET 또는 p형 MOSFET일 수 있지만, 임의의 다른 적절한 트랜지스터가 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명에 개시된 요지에 따른 시간-분해 센서(800)에 대한 예시적인 상대적 신호 타이밍도(1000)를 보여준다. 도 10의 신호 타이밍도는, 도 7의 신호 타이밍도와 매우 유사하며, 이들 유사성은 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 도 10의 신호 타이밍도는, FD2 신호를 포함함으로써 셔터 온 기간의 끝에서 PPD(901)의 잔류 전하가 TXRMD 신호의 동작에 의해 FD2 노드로 전송된다는 점에서 차별화된다. 또한, PIXOUT1 및 PIXOUT2 신호는 동시에 판독될 수 있다.
제 2 PPD 회로(805)는 최대 거리를 결정하기 위해 불변의 풀-웰(full-well) 용량에 의존하며; 그러나, 시간-분해 센서(800)의 실제 구현은 상이한 제 2 PPD 회로들(805) 간의 열잡음에 기초하여 PPD(901)에 대한 풀-웰 변화들을 경험할 수 있다. 또한, VTX 신호는 픽셀 어레이의 픽셀들의 위치에 따라 상이한 램프(기울기)를 가질 수 있다. 즉, 픽셀에서의 VTX 신호의 램프(기울기)는 픽셀이 VTX 신호의 소스로부터 얼마나 가까운 지에 따라 달라질 수 있다.
도 11은 본 발명에 개시된 요지에 따른 시간-분해 센서(1100)의 또 다른 예시적인 실시 예의 블록도를 도시한다. 시간-분해 센서(1100)는 하나 이상의 SPAD 회로(1101a, 1101n), 논리 회로(1103) 및 제 3 PPD 회로(1105)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 하나 이상의 SPAD 회로(1101) 각각은 SPAD(111), 저항(113), 커패시터(115), p형 MOSFET 트랜지스터(117) 및 버퍼(119)를 포함할 수 있다. SPAD(111)는 접지 전위에 연결된 애노드와 캐소드를 포함한다. 저항(113)은 VSPAD 전압을 수신하기 위한 제 1 단자 및 SPAD(111)의 캐소드에 연결된 제 2 단자를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, SPAD(111)와 저항(113)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. SPAD(111)는 빛에 반응할 수 있다. 광자를 수신한 것에 응답하여, SPAD(111)는 VSPAD 전압으로부터 항복 전압 이하로 빠르게 이동한 다음 점진적으로 VSPAD 전압으로 복귀하는 펄스 신호를 출력한다.
커패시터(115)는 SPAD(111)의 캐소드에 연결된 제 1 단자와 제 2 단자를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 커패시터(115)는 생략될 수 있다. 상기 p형 MOSFET(117)은 상기 커패시터(115)의 제 2 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, SHUTTER 신호를 수신하는 게이트 및 VPIX 전압(VDD)을 수신하는 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 버퍼(119)는 커패시터(115)의 제 2 단자에 연결된 입력 및 SPAD 회로(1101)의 출력에 대응하는 DE 신호를 출력할 수 있는 반전 출력을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 버퍼(117)는 비반전될 수 있다.
논리 회로(1103)는 하나 이상의 SPAD 회로(1101a, 1101n) 각각의 DE 신호에 연결된 입력을 포함할 수 있고, TXEN 신호 및 TXEN 신호의 반전일 수 있는 TXENB 신호를 출력할 수 있다.
제 3 PPD 회로(1105)는 커패시터 디바이스(SC), 제 1 트랜지스터(151), 제 2 트랜지스터(153), 제 3 트랜지스터(155), 제 4 트랜지스터(157), 제 5 트랜지스터(159), 제 6 트랜지스터(161), 제 7 트랜지스터(163), 제 8 트랜지스터(165), 제 9 트랜지스터(167), 제 10 트랜지스터(169), 제 11 트랜지스터(171), 제 12 트랜지스터(173) 및 제 13 트랜지스터(175)를 포함할 수 있다.
커패시터 디바이스(SC)는 접지 전위에 연결된 제 1 단자 및 제 2 단자를 포함할 수 있다. 커패시터 디바이스(SC)는 커패시터와 유사한 방식으로 전하를 저장할 수 있다. 일 실시 예에서, 커패시터 디바이스는 커패시터일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 커패시터 디바이스는 광에 응답하지 않도록 커버될 수 있는 PPD일 수 있다. 어느 한 실시 예에서, 커패시터 디바이스(SC)는 시간-대-전하 변환기의 일부로서 사용될 수 있다.
제 1 트랜지스터(151)는 RST 신호에 연결된 게이트 단자, 접지 전위에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 커패시터 디바이스(SC)의 제 2 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 2 트랜지스터(153)는 TXA 신호에 연결된 게이트 단자, 제 1 플로팅 확산(FD1) 노드에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 1 트랜지스터(151)의 제 2 S/D 단자 및 커패시터 디바이스(SC)의 제 2 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 1 플로팅 확산(FD1) 노드는 도 11에 커패시터 기호로 표시되어 있다. 제 1 플로팅 확산(FD1) 노드와 접지 사이에 기생 커패시턴스가 있을 수 있는데, 이는 도 11에 표시되어 있지 않다. 일 실시 예에서, 물리적 커패시턴스는 또한 FD1 노드와 접지 사이에 연결될 수 있다.
제 3 트랜지스터(155)는 FD1 노드와 제 2 트랜지스터(153)의 제 1 S/D 단자에 연결되는 게이트 단자, VPIX 전압에 연결된 제 1 S/D 단자 및 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 3 트랜지스터(155)는 FD1 노드의 전하를 제 3 트랜지스터(155)의 제 2 S/D 단자의 전압으로 변환하도록 동작할 수 있다.
제 4 트랜지스터(157)는 RST 신호에 연결된 게이트 단자, VPIX 전압에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 1 트랜지스터(151)의 제 2 S/D 단자와 커패시터 디바이스(SC)의 제 2 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 5 트랜지스터(159)는 TXEN 신호에 연결된 게이트 단자, VTX 신호에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 트랜지스터(153)의 게이트 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 6 트랜지스터(161)는 TXENB 신호에 연결된 게이트 단자, 접지 전위에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 트랜지스터(153)의 게이트 단자와 제 5 트랜지스터(159)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 7 트랜지스터(163)는 SEL 신호에 연결된 게이트 단자, 제 3 트랜지스터(155)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 화소 출력 라인(PIXA)에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
상기 제 8 트랜지스터(165)는 TXB 신호에 연결된 게이트 단자, 제 2 플로팅 확산(FD2) 노드에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 1 트랜지스터(151)의 제 2 S/D 단자와 커패시터 디바이스(SC)의 제 2 단자 및 제 2 트랜지스터(153)의 제 2 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 도11에서, FD2 노드는 커패시터 기호로 표시되어 있다. 도 11에는 도시되지 않았지만, FD2 노드와 접지 사이에 기생 커패시턴스가 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 물리적 커패시턴스는 FD2 노드와 접지 사이에 연결될 수 있다.
제 9 트랜지스터(167)는 FD2 노드 및 제 8 트랜지스터(165)의 제 1 S/D 단자에 연결되는 게이트 단자, VPIX 전압에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다. 제 9 트랜지스터(167)는 FD1 노드상의 전하를 제 9 트랜지스터(167)의 제 2 S/D 단자에서의 전압으로 변환하도록 동작 할 수 있다.
제 10 트랜지스터(169)는 RST 신호에 연결된 게이트 단자, VPIX 전압에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 1 트랜지스터(151)의 제 2 S/D 단자와 커패시터 디바이스(SC)의 제 2 단자 및 제 8 트랜지스터(165)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 11 트랜지스터(171)는 TXENB 신호에 연결된 게이트 단자, VTX 신호에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 8 트랜지스터(165)의 게이트 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 12 트랜지스터(173)는 TXEN 신호에 연결된 게이트 단자, 접지 전위에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 제 8 트랜지스터(165)의 게이트 단자와 제 11 트랜지스터(171)의 S/D 단자에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
제 13 트랜지스터(165)는 SEL 신호에 연결된 게이트 단자, 제 9 트랜지스터(167)의 제 2 S/D 단자에 연결된 제 1 S/D 단자, 그리고 픽셀 출력 라인(PIXB)에 연결된 제 2 S/D 단자를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명에 개시된 요지에 따른 시간-분해 센서(1100)에 대한 예시적인 상대적 신호 타이밍도(1200)를 도시한다. 도 12의 신호 타이밍도는, 도 7 및 도 10의 신호 타이밍도와 매우 유사하고, 이 유사성은 도 7을 참조하여 설명된다. 도 12의 신호 타이밍도는 TXRMD 신호 및 TX 신호를 포함하지 않고 대신에 TXENB, TXA 신호 및 TXB 신호를 포함한다는 점에서 도 10의 신호 타이밍도와 다르다.
도 12의 신호 타이밍도에서, TXENB 신호는 TXEN 신호의 반전이다. SHUTTER 신호가 활성(하이 레벨)일 때, TXEN 신호는 활성화되고 VTX 신호는 제 5 트랜지스터(159)를 통과하여 TXA 신호를 활성화시킨다. 커패시터 디바이스(SC)의 전하는 제 2 트랜지스터(153)를 통해 FD1 노드로 전달된다. 한편, 접지 전위는 TXB 신호를 비활성화시키는 제 12 트랜지스터(173)를 통과한다.
검출 이벤트(DE)가 발생할 때, TXEN 신호는 비활성 상태가 되고 TXENB 신호는 활성화된다. TXEN 신호가 비활성화될 때, TXA 신호는 또한 비활성화되고, 전하가 제 2 트랜지스터(153)를 통해 커패시터 디바이스(SC)에서 FD1 노드로 전송되는 것이 중단된다. TXENB 신호가 활성화될 때, TXB 신호는 활성화되고 커패시터 디바이스(SC)로부터 제 8 트랜지스터(165)를 통해 FD2 노드로 전하가 전송된다.
SHUTTER 신호가 종료되면, TXB 신호는 비활성 상태가 되고, 전하가 제 8 트랜지스터(165)를 통해 커패시터 디바이스(SC)로부터 FD2 노드로 전송되는 것이 중단된다. FD1 노드 및 FD2 노드의 전하와 관련된 각 전압은 PIXA 및 PIXB 출력 라인에서 판독된다.
VTX 신호의 기울기의 변화 및 픽셀에서 픽셀로의 커패시터 디바이스(SC)의 커패시턴스의 변화는, 활성 SHUTTER 신호 동안 제 2 트랜지스터(153) (TXA) 및 제 8 트랜지스터(165) (TXB)가 선형 모드로 동작하는 한 거리 측정 에러를 유발하지 않는다.
도 13은 본 발명에 개시된 요지에 따라 시간-분해 센서(1100)를 사용하여 시간을 분해하는 방법(1300)의 흐름도를 도시한다. 이 방법은 1301에서 시작한다. 1302에서, 액티브 셔터 신호가 생성된다. 1303에서, 하나 이상의 SPAD 회로(1101)에 입사하는 하나 이상의 광자는 대상물로부터 반사된 하나 이상의 검출된 광자가 액티브 셔터 신호 동안 검출된다(검출 이벤트(DE)). 1304에서, 검출 이벤트(DE)에 기초한 출력 신호가 생성된다. 1305에서, 제 1 인에이블 신호 TXEN 및 제 2 인에이블 신호 TXENB가 검출 이벤트(DE)에 대한 출력 신호에 기초하여 생성된다. 일 실시 예에서, 제 1 인에이블 신호는 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화되며 출력 신호에 응답하여 비활성이 되고, 제 2 인에이블 신호는 출력 신호에 응답하여 활성화되고, 액티브 셔터 신호의 끝에 응답하여 비활성화된다.
1306에서, 제 1 인에이블 신호가 활성인 경우 제 1 플로팅 확산(FD1) 노드상의 제 1 전하를 형성하기 위해 제 1 플로팅 확산(FD1) 노드에 대한 커패시터 디바이스(SC)상의 전하를 생성한다. 1307에서, 제 2 인에이블 신호가 활성인 경우 제 2 플로팅 확산(FD2) 노드상의 제 2 전하를 형성하기 위해 제 2 플로팅 확산(FD2) 노드에 대한 커패시터 디바이스(SC)상의 잔류 전하를 형성한다. 1308에서, 제 1 전하를 기초로 한 제 1 전압 및 제 2 전하를 기초로 한 제 2 전압이 출력된다. 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 1 전압의 제 1 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에 비례하고, 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 2 전압의 제 2 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에 비례한다. 1309에서, 이 방법은 종료한다.
일 실시 예에서, 제 1 전하 및 제 2 전하를 전송하는 단계는, 램프 함수에 따라 구동 신호(VTX)를 변경하는 단계를 더 포함하며, 여기서, 구동 신호(VTX)는 광 펄스의 시작 시간에 응답하여 변화하기 시작하고, 검출된 광자는 액티브 셔터 신호의 끝에서 검출된다. 또한, 제 1 플로팅 확산 노드 상에 제 1 전하를 형성하기 위해 커패시터 디바이스상의 전하를 제 1 플로팅 확산 노드로 전달하는 단계는 제 1 인에이블 신호가 활성일 때 구동 신호의 레벨에 추가로 기초할 수 있고, 커패시터 디바이스를 제 2 플로팅 확산 노드에 연결하여 제 2 플로팅 확산 노드에 제 2 전하를 형성하는 것은 제 2 인에이블 신호가 활성일 때 구동 신호의 레벨에 더 기초할 수 있다.
다른 실시 예에서, 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 1 전압의 제 1 비는 하나 이상의 검출된 광자의 비행 시간에서 지연 시간을 뺀 값에 더 비례할 수 있다. 유사하게, 제 1 전압과 제 2 전압의 합에 대한 제 2 전압의 제 2 비는 하나 이상의 검출된 광자로부터 지연 시간을 뺀 비행 시간에 더 비례할 수 있고, 지연 시간은 광 펄스가 전송을 시작하는 시간과 구동 신호가 변화하기 시작하는 시간 사이의 시간을 포함한다.
당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 여기서 설명된 혁신적인 개념은 광범위한 응용 분야에 걸쳐 수정되고 변화될 수 있다. 따라서, 청구된 주제의 범위는 전술한 임의의 특정 예시적인 교시에 제한되어서는 안되며, 다음의 청구 범위에 의해 정의된다.
Claims (20)
- 시간-분해 센서에 있어서:
하나 이상의 단-광자 애벌란시 다이오드(SPAD)를 포함하며, 각각의 SPAD는 액티브 셔터 신호에 응답하여 상기 SPAD에 입사하는 하나 이상의 광자를 검출하는 것에 기초하여 출력 신호를 생성하고, 상기 하나 이상의 광자는 물체로부터 반사되며;
상기 하나 이상의 SPAD의 출력 신호에 결합되어 상기 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화되고, 상기 하나 이상의 SPAD의 출력 신호에 응답하여 비활성화되는 제 1 인에이블 신호, 그리고 상기 하나 이상의 SPAD의 상기 출력 신호에 응답하여 활성화되고 상기 액티브 셔터 신호의 종료에 응답하여 비활성화되는 제 2 인에이블 신호를 생성하는 논리 회로; 그리고
상기 제 1 인에이블 신호 및 상기 제 2 인에이블 신호에 연결되는 차동 시간-대-전하 컨버터(DTCC) 회로를 포함하되,
상기 DTCC 회로는:
제 1 단자 및 접지 전압에 연결된 제 2 단자를 갖는 커패시터 디바이스;
제 1 단자, 제 2 단자, 그리고 제 3 단자를 갖는 제 1 스위칭 장치를 가지며, 상기 제 1 스위칭 장치의 상기 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 상기 제 1 단자에 연결되고, 상기 제 1 스위칭 장치의 상기 제 2 단자는 제 1 플로팅 확산부에 연결되며, 상기 제 1 스위칭 장치의 상기 제 3 단자는 상기 제 1 인에이블 신호에 연결되고, 상기 제 1 스위칭 장치는 상기 제 1 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스 상의 제 1 전하를 상기 제 1 플로팅 확산부로 전달하고;
제 1 단자, 제 2 단자, 그리고 제 3 단자를 갖는 제 2 스위칭 장치를 가지며, 상기 제 2 스위칭 장치의 상기 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 상기 제 1 단자에 연결되고, 상기 제 2 스위칭 장치의 상기 제 2 단자는 제 2 플로팅 확산부에 연결되며, 상기 제 2 스위칭 장치의 상기 제 3 단자는 상기 제 2 인에이블 신호에 연결되고, 상기 제 2 스위칭 장치는 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스 상의 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산부로 전달하며; 그리고
상기 제 1 플로팅 확산부 상의 상기 제 1 전하에 기초한 제 1 전압, 상기 제 2 플로팅 확산부 상의 잔류 전하에 기초한 제 2 전압을 출력하는 출력회로를 포함하되, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 제 1 비율은 상기 하나 이상의 검출 된 광자의 비행 시간에 비례하고, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 제 2 비율은 상기 하나 이상의 검출 된 광자의 비행 시간에 비례하는 시간-분해 센서. - 제 1 항에 있어서,
램프 함수에 따라 변화하는 구동 신호를 더 포함하며, 상기 구동 신호는 상기 하나 이상의 광자가 검출된 광 펄스의 시작 시간에 응답하여 상기 액티브 셔터 신호의 끝까지 변화하기 시작하고, 상기 구동 신호는 상기 제 1 인에이블 신호가 활성화되면 상기 제 1 스위칭 장치의 제 3 단자에 연결되고, 상기 제 2 인에이블 신호가 활성화되면 상기 제 2 스위칭 장치의 제 3 단자에 연결되는 시간-분해 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 상기 제 1 비율은 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간으로부터 지연 시간을 뺀 값에 비례하고, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 상기 제 2 비율은 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간으로부터 지연 시간을 뺀 시간에 더 비례하며, 상기 지연 시간은 상기 광 펄스의 전송 시간의 시작으로부터 상기 구동 신호가 변경되기 시작하는 시간 사이의 시간을 포함하는 시간-분해 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스는 커패시터를 포함하는 시간-분해 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스는 핀형 광다이오드를 포함하는 시간-분해 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스위칭 장치는 트랜지스터를 포함하는 시간-분해 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 시간-분해 센서는 3 차원 이미징 시스템의 일부를 포함하는 시간-분해 센서. - 3차원 이미지 센서에 있어서:
하나 이상의 단-광자 애벌란시 다이오드(SPAD)를 포함하는 어레이를 포함하며, 각각의 상기 하나 이상의 SPAD는 액티브 셔터 신호에 응답하여 상기 하나 이상의 SPAD에 입사하는 하나 이상의 광자를 검출하는 것에 기초하여 출력 신호를 생성하고, 상기 하나 이상의 광자는 물체로부터 반사되며;
상기 하나 이상의 SPAD의 출력 신호에 결합되고, 상기 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화되고, 상기 하나 이상의 SPAD의 출력 신호에 응답하여 비활성화되는 제 1 인에이블 신호와, 그리고 상기 하나 이상의 SPAD의 상기 출력 신호에 응답하여 활성화되고 상기 액티브 셔터 신호의 종료에 응답하여 비활성화되는 제 2 인에이블 신호를 생성하는 적어도 하나의 논리 회로를 포함하며, 그리고
적어도 하나의 시간-분해 센서를 포함하되,
각각의 상기 적어도 하나의 시간-분해 센서는: 대응하는 논리 회로의 제 1, 2 인에이블 신호들에 연결되는 차동 시간-대-전하 컨버터(DTCC) 회로를 포함하되,
상기 DTCC 회로는:
제 1 단자 및 접지 전압에 연결된 제 2 단자를 갖는 커패시터 디바이스;
제 1 단자, 제 2 단자, 그리고 제 3 단자를 갖는 제 1 스위칭 장치를 가지며, 상기 제 1 스위칭 장치의 상기 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 상기 제 1 단자에 연결되고, 상기 제 1 스위칭 장치의 상기 제 2 단자는 제 1 플로팅 확산부에 연결되며, 상기 제 1 스위칭 장치의 상기 제 3 단자는 상기 제 1 인에이블 신호에 연결되고, 상기 제 1 스위칭 장치는 상기 제 1 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스 상의 제 1 전하를 상기 제 1 플로팅 확산부로 전달하고;
제 1 단자, 제 2 단자, 그리고 제 3 단자를 갖는 제 2 스위칭 장치를 가지며, 상기 제 2 스위칭 장치의 상기 제 1 단자는 상기 커패시터 디바이스의 상기 제 1 단자에 연결되고, 상기 제 2 스위칭 장치의 상기 제 2 단자는 제 2 플로팅 확산부에 연결되며, 상기 제 2 스위칭 장치의 상기 제 3 단자는 상기 제 2 인에이블 신호에 연결되고, 상기 제 2 스위칭 장치는 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하여 상기 커패시터 디바이스 상의 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산부로 전달하며; 그리고
상기 제 1 플로팅 확산부 상의 상기 제 1 전하에 기초한 제 1 전압, 상기 제 2 플로팅 확산부 상의 잔류 전하에 기초한 제 2 전압을 출력하는 출력 회로를 포함하되, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 제 1 비율은 상기 하나 이상의 검출 된 광자의 비행 시간에 비례하고, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 제 2 비율은 상기 하나 이상의 검출 된 광자의 비행 시간에 비례하는 3차원 이미지 센서. - 제 8 항에 있어서,
램프 함수에 따라 변화하는 구동 신호를 더 포함하며, 상기 구동 신호는 상기 하나 이상의 광자가 검출된 광 펄스의 시작 시간에 응답하여 상기 액티브 셔터 신호의 끝까지 변화하기 시작하고, 상기 구동 신호는 상기 제 1 인에이블 신호가 활성화되면 상기 제 1 스위칭 장치의 제 3 단자에 연결되고, 상기 제 2 인에이블 신호가 활성화되면 상기 제 2 스위칭 장치의 제 3 단자에 연결되는 3차원 이미지 센서. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 상기 제 1 비율은 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간으로부터 지연 시간을 뺀 값에 비례하고, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 상기 제 2 비율은 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간으로부터 지연 시간을 뺀 시간에 더 비례하며, 상기 지연 시간은 상기 광 펄스의 전송 시간의 시작으로부터 상기 구동 신호가 변경되기 시작하는 시간 사이의 시간을 포함하는 3차원 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스는 커패시터를 포함하는 3차원 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스는 핀형 광다이오드를 포함하는 3차원 이미지 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스위칭 장치는 트랜지스터를 포함하는 3차원 이미지 센서. - 제 13 항에 있어서,
상기 시간-분해 센서는 3 차원 이미징 시스템의 일부를 포함하는 3차원 이미지 센서. - 액티브 셔터 신호를 생성하는 단계;
상기 액티브 셔터 신호 동안 물체로부터 반사되어 적어도 하나의 단-광자 애벌란시 다이오드(SPAD) 상에 입사하는 하나 또는 그 이상의 광자를 검출하는 단계;
상기 하나 또는 그 이상의 광자에 기초하여 출력 신호를 생성하는 단계;
상기 출력 신호에 기초하여 제 1 인에이블 신호 및 제 2 인에이블 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 인에이블 신호는 상기 액티브 셔터 신호의 시작에 응답하여 활성화되고 상기 출력 신호에 응답하여 비활성되며, 상기 제 2 인에이블 신호는 상기 출력 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 액티브 셔터 신호의 종료에 응답하여 비활성화되며;
상기 제 1 인에이블 신호가 활성화되는 경우, 제 1 플로팅 확산부에 제 1 전하를 형성하기 위해 커패시터 디바이스의 전하를 상기 제 1 플로팅 확산부로 전송하는 단계;
상기 제 2 인에이블 신호가 활성화되는 경우, 제 2 플로팅 확산부에 제 2 전하를 형성하기 위해 상기 커패시터 디바이스의 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산 부로 전송하는 단계; 그리고
상기 제 1 전하를 기초로 제 1 전압을, 상기 제 2 전하를 기초로 제 2 전압을 출력하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 제 1 비율은 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간에 비례하고, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 제 2 비율은 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간에 비례하는 시간-분해 방법. - 제 15 항에 있어서,
램프 함수에 따라 구동 신호를 변경하는 단계를 더 포함하되, 상기 구동 신호는 상기 하나 이상의 검출된 광자가 액티브 셔터 신호의 끝에서 검출되는 광 펄스의 시작 시간에 응답하여 변화하기 시작하며,
상기 제 1 플로팅 확산부에 상기 제 1 전하를 형성하기 위해 상기 커패시터 디바이스의 전하를 상기 제 1 플로팅 확산부로 전송하는 단계는, 상기 제 1 인에이블 신호가 활성화될때의 상기 구동 신호의 레벨에 더 기초하며,
상기 제 2 플로팅 확산부에 상기 제 2 전하를 형성하기 위해 상기 커패시터 디바이스의 상기 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산부로 전송하는 단계는, 상기 제 2 인에이블 신호가 활성화될때 상기 구동 신호의 레벨에 더 기초하는 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 1 전압의 상기 제 1 비는, 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간으로부터 지연 시간을 뺀 값에 비례하고,
상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 합에 대한 상기 제 2 전압의 상기 제 2 비는, 상기 하나 이상의 광자의 비행 시간으로부터 상기 지연 시간을 뺀 값에 비례하고,
상기 지연 시간은 광펄스의 전송 시간의 시작과, 상기 구동 신호의 변화가 시작되는 시간 사이의 시간을 포함하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스는 커패시터를 포함하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스는 핀형 광다이오드를 포함하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 커패시터 디바이스의 상기 전하를 상기 제 1 플로팅 확산부로 전송하고, 상기 커패시터 디바이스의 상기 잔류 전하를 상기 제 2 플로팅 확산부로 전송하는 단계는, 활성화되는 상기 제 1 인에이블 신호에 응답하는 제 1 스위칭 장치 및 활성화되는 상기 제 2 인에이블 신호에 응답하는 제 2 스위칭 장치에 의해 각각 수행되는 방법.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762595508P | 2017-12-06 | 2017-12-06 | |
| US62/595,508 | 2017-12-06 | ||
| US15/878,392 US10545224B2 (en) | 2017-12-06 | 2018-01-23 | Time-resolving sensor using SPAD + PPD or capacitors in pixel for range measurement |
| US15/878,392 | 2018-01-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190067079A true KR20190067079A (ko) | 2019-06-14 |
| KR102663646B1 KR102663646B1 (ko) | 2024-05-08 |
Family
ID=66659053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180096353A KR102663646B1 (ko) | 2017-12-06 | 2018-08-17 | 거리 측정을 위해 픽셀에서 spad + ppd 또는 커패시터를 사용하는 시간 분해형 센서 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (5) | US10545224B2 (ko) |
| JP (1) | JP7174591B2 (ko) |
| KR (1) | KR102663646B1 (ko) |
| CN (1) | CN109884663B (ko) |
| TW (1) | TWI779086B (ko) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10545224B2 (en) * | 2017-12-06 | 2020-01-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Time-resolving sensor using SPAD + PPD or capacitors in pixel for range measurement |
| JP7414440B2 (ja) * | 2019-09-18 | 2024-01-16 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距センサ |
| TWI740749B (zh) * | 2020-06-30 | 2021-09-21 | 敦泰電子股份有限公司 | 指紋顯示裝置及驅動其之整合積體電路及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140124652A1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-08 | The University Court Of The University Of Edinburgh | Pixel circuit with controlled capacitor discharge time of flight measurement |
| KR20150000250A (ko) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 삼성전자주식회사 | 단위 픽셀 및 그것을 포함하는 이미지 센서 |
| KR20150053673A (ko) * | 2013-11-08 | 2015-05-18 | 삼성전자주식회사 | 깊이 센서의 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템 |
| KR20160142839A (ko) * | 2014-04-07 | 2016-12-13 | 삼성전자주식회사 | 고해상도, 고프레임률, 저전력 이미지 센서 |
Family Cites Families (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7489352B2 (en) * | 2002-11-15 | 2009-02-10 | Micron Technology, Inc. | Wide dynamic range pinned photodiode active pixel sensor (APS) |
| US7262402B2 (en) | 2005-02-14 | 2007-08-28 | Ecole Polytechnique Federal De Lausanne | Integrated imager circuit comprising a monolithic array of single photon avalanche diodes |
| US8355117B2 (en) * | 2005-12-21 | 2013-01-15 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne | Method and arrangement for measuring the distance to an object |
| EP2116864A1 (en) * | 2008-05-09 | 2009-11-11 | Vrije Universiteit Brussel | TOF range finding with background radiation suppression |
| KR101467509B1 (ko) | 2008-07-25 | 2014-12-01 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이미지 센서 동작 방법 |
| JP5681176B2 (ja) * | 2009-06-22 | 2015-03-04 | トヨタ モーター ヨーロッパ ナームロゼ フェンノートシャップ／ソシエテ アノニム | パルス光による光学式距離計 |
| US8514284B2 (en) | 2009-12-17 | 2013-08-20 | Raytheon Company | Textured pattern sensing and detection, and using a charge-scavenging photodiode array for the same |
| GB201014843D0 (en) * | 2010-09-08 | 2010-10-20 | Univ Edinburgh | Single photon avalanche diode for CMOS circuits |
| CN103636006B (zh) | 2011-03-10 | 2016-08-17 | 西奥尼克斯公司 | 三维传感器、系统和相关的方法 |
| JP5679907B2 (ja) * | 2011-06-02 | 2015-03-04 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
| FR2985570A1 (fr) | 2012-01-09 | 2013-07-12 | St Microelectronics Grenoble 2 | Dispositif de detection de la proximite d'un objet, comprenant des photodiodes spad |
| US8642938B2 (en) | 2012-01-13 | 2014-02-04 | Omnivision Technologies, Inc. | Shared time of flight pixel |
| KR101848771B1 (ko) * | 2012-02-08 | 2018-05-28 | 삼성전자주식회사 | 3차원 이미지 센서 및 이를 포함하는 휴대용 장치 |
| CN104160295B (zh) | 2012-03-09 | 2017-09-15 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置的驱动方法 |
| KR101397252B1 (ko) * | 2012-06-29 | 2014-05-20 | 삼성전기주식회사 | 하이브리드 아날로그 디지털 변환 장치 및 이를 이용한 센싱 장치 |
| US9247170B2 (en) * | 2012-09-20 | 2016-01-26 | Semiconductor Components Industries, Llc | Triple conversion gain image sensor pixels |
| GB201219781D0 (en) * | 2012-11-02 | 2012-12-19 | St Microelectronics Res & Dev | Improvements in time of flight pixel circuits |
| EP2989487B1 (en) | 2013-04-24 | 2019-04-03 | Koninklijke Philips N.V. | Detection of radiation quanta using an optical detector pixel array and pixel cell trigger state sensing circuits |
| US9182490B2 (en) | 2013-11-27 | 2015-11-10 | Semiconductor Components Industries, Llc | Video and 3D time-of-flight image sensors |
| JP6374690B2 (ja) | 2014-04-01 | 2018-08-15 | キヤノン株式会社 | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 |
| US9523765B2 (en) * | 2014-07-14 | 2016-12-20 | Omnivision Technologies, Inc. | Pixel-level oversampling for a time of flight 3D image sensor with dual range measurements |
| US9313476B2 (en) * | 2014-08-07 | 2016-04-12 | Omnivision Technologies, Inc. | Precharged latched pixel cell for a time of flight 3D image sensor |
| US9602750B2 (en) * | 2014-11-25 | 2017-03-21 | Semiconductor Components Industries, Llc | Image sensor pixels having built-in variable gain feedback amplifier circuitry |
| US9425233B2 (en) | 2014-12-22 | 2016-08-23 | Google Inc. | RGBZ pixel cell unit for an RGBZ image sensor |
| US9608027B2 (en) * | 2015-02-17 | 2017-03-28 | Omnivision Technologies, Inc. | Stacked embedded SPAD image sensor for attached 3D information |
| EP3124992B1 (de) | 2015-07-27 | 2017-07-12 | Sick Ag | Lichtempfänger mit lawinenphotodioden im geiger-modus und verfahren zum auslesen |
| US10942261B2 (en) * | 2015-10-21 | 2021-03-09 | Samsung Electronics Co., Ltd | Apparatus for and method of range sensor based on direct time-of-flight and triangulation |
| WO2017200896A2 (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | James O'keeffe | A dynamically steered lidar adapted to vehicle shape |
| US10495736B2 (en) * | 2016-08-04 | 2019-12-03 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Single SPAD array ranging system |
| US10890649B2 (en) * | 2016-08-11 | 2021-01-12 | Qualcomm Incorporated | System and method for measuring reference and returned light beams in an optical system |
| US10598787B2 (en) * | 2016-11-04 | 2020-03-24 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Method and apparatus for measuring time of flight |
| US10389957B2 (en) * | 2016-12-20 | 2019-08-20 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Readout voltage uncertainty compensation in time-of-flight imaging pixels |
| US10527728B2 (en) * | 2017-01-27 | 2020-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd | Apparatus and method for range measurement |
| EP3392675B1 (en) * | 2017-04-21 | 2021-03-10 | Melexis Technologies NV | Active pixel circuit for a time-of-flight system and method for operating the same |
| US10116925B1 (en) * | 2017-05-16 | 2018-10-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Time-resolving sensor using shared PPD + SPAD pixel and spatial-temporal correlation for range measurement |
| US10397554B2 (en) * | 2017-05-16 | 2019-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Time-resolving sensor using shared PPD+SPAD pixel and spatial-temporal correlation for range measurement |
| US10545224B2 (en) * | 2017-12-06 | 2020-01-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Time-resolving sensor using SPAD + PPD or capacitors in pixel for range measurement |
-
2018
- 2018-01-23 US US15/878,392 patent/US10545224B2/en active Active
- 2018-08-17 KR KR1020180096353A patent/KR102663646B1/ko active IP Right Grant
- 2018-09-03 TW TW107130867A patent/TWI779086B/zh active
- 2018-10-24 JP JP2018200328A patent/JP7174591B2/ja active Active
- 2018-11-13 CN CN201811345205.8A patent/CN109884663B/zh active Active
-
2019
- 2019-12-13 US US16/714,670 patent/US10802118B2/en active Active
-
2020
- 2020-09-08 US US17/015,058 patent/US11366226B2/en active Active
-
2022
- 2022-05-02 US US17/735,108 patent/US11703594B2/en active Active
-
2023
- 2023-05-30 US US18/203,634 patent/US12032064B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140124652A1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-08 | The University Court Of The University Of Edinburgh | Pixel circuit with controlled capacitor discharge time of flight measurement |
| KR20150000250A (ko) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 삼성전자주식회사 | 단위 픽셀 및 그것을 포함하는 이미지 센서 |
| KR20150053673A (ko) * | 2013-11-08 | 2015-05-18 | 삼성전자주식회사 | 깊이 센서의 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템 |
| KR20160142839A (ko) * | 2014-04-07 | 2016-12-13 | 삼성전자주식회사 | 고해상도, 고프레임률, 저전력 이미지 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11703594B2 (en) | 2023-07-18 |
| US20190170864A1 (en) | 2019-06-06 |
| US10802118B2 (en) | 2020-10-13 |
| TW201926985A (zh) | 2019-07-01 |
| US11366226B2 (en) | 2022-06-21 |
| US20230296772A1 (en) | 2023-09-21 |
| KR102663646B1 (ko) | 2024-05-08 |
| CN109884663A (zh) | 2019-06-14 |
| JP2019101023A (ja) | 2019-06-24 |
| US12032064B2 (en) | 2024-07-09 |
| CN109884663B (zh) | 2024-04-12 |
| US20200400794A1 (en) | 2020-12-24 |
| US20220260715A1 (en) | 2022-08-18 |
| US20200116835A1 (en) | 2020-04-16 |
| US10545224B2 (en) | 2020-01-28 |
| JP7174591B2 (ja) | 2022-11-17 |
| TWI779086B (zh) | 2022-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102348933B1 (ko) | 거리 측정 장치 및 방법 | |
| US12013494B2 (en) | Apparatus for and method of range sensor based on direct time-of-flight and triangulation | |
| CN110779459B (zh) | 图像传感器、成像单元和生成灰阶图像的方法 | |
| CN108881752B (zh) | 图像传感器中的像素、成像单元、测距的方法和系统 | |
| US10397554B2 (en) | Time-resolving sensor using shared PPD+SPAD pixel and spatial-temporal correlation for range measurement | |
| US11988777B2 (en) | Time-resolving image sensor for range measurement and 2D greyscale imaging | |
| US11703594B2 (en) | Time-resolving sensor using SPAD + PPD or capacitors in pixel for range measurement | |
| KR20180023786A (ko) | 범위 측정을 위한 진폭 변조를 사용하는 전파 시간 이미지 센서 | |
| CN111103057B (zh) | 具有使用基于电容器的比较器的阈值检测的光子感测 | |
| CN111726548B (zh) | 图像传感器的像素和图像传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |