KR20210024608A - 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서 - Google Patents

복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 이미지 센서와 이미지 검출을 위한 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 슈퍼-픽셀(super-pixel)을 제시하고 상기 슈퍼-픽셀들을 갖는 이미지 센서를 구현하며, 이를 이용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 슈퍼-픽셀들을 포함한다. 각 슈퍼-픽셀은, 제 1 감광요소; 상기 제 1 감광요소와 전기적으로 연결되고 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하도록 구성된 검출기(detector); 제 2 감광요소; 상기 제 2 감광요소와 전기적으로 연결되고 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 노출측정 회로(exposure measurement circuit); 그리고 검출기 및 노출측정 회로와 전기적으로 연결되고 트리거 신호에 응답하여 노출측정 회로를 인에이블(enable) 시키며 디지털 신호가 노출측정 회로로부터 판독된 때 노출측정 회로를 디세이블(disable) 시키도록 구성되는 논리회로를 포함할 수 있다.

Description

복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서
본 발명은 이미지 센서 분야에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로, 슈퍼-픽셀들을 제시하고, 이들 슈퍼-픽셀을 포함하는 이미지 센서들을 구현하며, 그에 따른 이미지 센서들을 사용하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 설명되는 것에 국한되지 않는다. 실제로 본 발명에 설명된 이미지 센서들과 관련 기술들은, 보안 시스템, 자율주행 차량과 같이 빠르고 효율적인 모션 센싱 및 모션 이벤트-구동형(event-driven) 이미지 데이터 획득이 요구되는 다양한 시스템과 어플리케이션, 비전 시스템에 적용될 수 있다.
기존 이미지 센서는 장면에 대한 디지털 이미지를 캡처하도록 CCD(charge-coupled device) 센서, CMOS(complemetary metal-oxide-semiconductor) 센서, NMOS(N-type metal-oxide-semiconductor) 센서, 또는 기타의 센서들을 포함하는 복수의 픽셀들을 사용한다.
이러한 종래 이미지 센서들은 미리 결정된 프레임 레이트(frame rate)로 시간-양자화된(time-quantized) 시각 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 각각의 프레임은 통상적으로 전번 프레임이 획득된 이후 그 정보가 변경되었는지에 관계없이 모든 픽셀들의 정보를 보유한다. 이러한 접근방식은, 장면의 동적 특성에 따라 다르겠지만, 변하지 않은 모든 픽셀 값에 대하여 이미 데이터가 알려져 있는데도 불구하고 데이터를 매번 다시 획득하여 재전송하기 때문에, 저장된 이미지 데이터에 상당히 높은 리던던시(redundancy)가 발생한다. 기존 이미지 센서의 경우, 일반적으로 픽셀의 측정값에 변경이 발생하였는지를 확인할 방법이 없다. 최근 들어 더 높은 공간 및 시간 해상도를 갖는 이미지 센서로 발전함에 따라 문제가 더욱 악화되는 경향이 나타난다. 특히 데이터 후처리(post-processing)에 필요한 하드웨어의 복잡성과 비용 상승은 물론, 전송 대역폭과 데이터 저장 용량에 대한 요구가 급증하고 있으며, 모바일 배터리로 동작하는 소비자 장치에서 산업용 고속 비전 시스템에 이르기까지 전력소비의 증가로 인하여, 많은 유형의 비전 응용 프로그램들이 한계에 직면하게 된다.
비디오 데이터의 시간적 리던던시(temporal redundancy)를 줄이기 위한 기존의 접근 방식으로 프레임 차분(frame difference) 인코딩이 있다. 이러한 형태의 비디오 압축은 최초 키-프레임에 후속하여 프레임에서 프레임으로 설정된 강도 이상으로 임계값을 초과하는 픽셀 값만을 전송하는 것을 포함하는 것이 일반적이다. 기존의 프레임 차분 시스템들은 통상 이미지 데이터의 전체 프레임들에 대한 데이터 획득 및 처리에 기반하는 것으로서, 자체적인 일관적 방식에 따라 시간적 리던던시를 억제할 수 없고, 센서로부터 실시간 압축된 비디오 출력을 제공하지 못한다.
실제로 많은 비전 응용 프로그램의 경우, 전체 이미지를 획득하는 것 보다 모션이 변화하거나 탐지되는 장면 일부들에 대하여 이미지 데이터를 빠르게 획득하는 것에서 더 큰 유용성을 찾는다. 예를 들어, 보안 시스템이나 다른 비전 시스템의 경우 모션 데이터에만 관심이 있을 뿐 모션이 없는 부분은 관심 대상이 아닐 수 있다. 또 다른 예로서 자율주행 차량인 경우, (일반적으로 mSec 대) 인간의 인지(perception) 시간 레벨에 상응하는 결정을 내릴 수 있도록 캡처된 데이터를 빠르고 효율적으로 처리해야 한다. 캡처된 데이터에서 (예를 들어, 후처리 등을 통해) 대량의 데이터를 폐기하고 특정 상황에 관련된 일부를 획득할 수 있는 정도에 따라 그 효율성이 제약받게 되는 것이다.
기존의 다른 해결책으로서, 시간-기반 비동기식 이미지 센서(time-based asynchronous image sensor)들의 경우, 픽셀 내의 검출기들에 의해 결정되는 특정 조건에 응답하여 해당 픽셀들에서 검출들을 생성하도록 한다. 그러나 이러한 픽셀은 여전히 아날로그 신호를 출력하거나 또는 이러한 아날로그 신호에서 파생되는 시간-기반 신호들을 출력하게 된다. 이러한 출력 신호는 장면 내에 높은 활동성(activity)이 포함되는 경우 이미지 품질을 잃게 되는 문제가 발생하기 쉽고, 실제적 사용을 위해서는 디지털 데이터로의 후처리가 요구된다. 그만큼, 공간적(spatial), 시간적(temporal) 해상도를 높이기 위해서는 후처리 비용이 크게 상승하게 된다.
본 발명의 실시예들은, 관찰된 장면에 대한 시각적 정보를 높은 시간적 해상도로 연속적으로 획득하는 방법 및 장치를 제공할 수 있고, 그에 따라 리던던시를 감소시키고 생성되는 데이터의 볼륨을 줄일 수 있다. 즉, 모든 픽셀에 대한 이미지 정보를 포함하는 프레임들의 연속으로 구성되는 것이 아니라, 생성된 데이터가 개별 픽셀 각각에서의 변화 스트림과 광 강도 정보로 구성될 수 있고, 개별 픽셀의 시야에서 임계값을 초과하는 광 강도의 변화를 픽셀 자체에서 검출한 때 상기 데이터를 기록하고 전송한다. 따라서 본 발명의 실시예들은, 픽처 정보(picture information)에 대한 종래 이미지 센서의 시간적 리던던시를 억제하여 생성되는 데이터를 상당한 정도로 감소시킬 수 있고, 동시에 데이터에 포함되는 정보량(information content)을 종래와 대등하거나 그보다 훨씬 높일 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 리던던시 데이터를 억제함으로써 얻게 되는 픽셀 어레이에서의 출력 데이터 감소는, 개별 픽셀에서의 노출측정(exposure measurement) 레이트를 (일반적인 CMOS 이미지 센서의 프레임 레이트인), 예를 들어 초당 30회 또는 초당 60회 보다 상승시킨 초당 1000회, 초당 10000회 또는 그 이상으로 속도로, 즉, (아래에서 설명할) 각 픽셀의 조건 검출기(condition detector)의 검출에 따라, 개별 픽셀이 당해 픽셀에서 감지되는 시야의 활동성(activity)에 맞도록 각 픽셀에 대한 레이트를 높일 수 있다. 이같이 개별 픽셀에서의 레이트들에 따라 노출측정 결과들에 대하여 조건부 판독(readout) 및 아날로그-대-디지털(AD: analog to digital) 변환을 수행하는 해법은, AD 변환을 픽셀 어레이의 외부에서 수행하는 표준적 기술들로는 해결하기 어려운 과제로서, 컬럼 레벨이나 센서 레벨의 선택으로 해결되는 것도 아니다.
본 발명의 실시예들은 픽셀 개별적으로 자동-샘플링하는 (셀프-트리커되는(self-triggered)) 슈퍼-픽셀들을 사용할 수 있게 한다. 본 설명에서 자동-샘플링(auto-sampling)이라 함은 이미지 정보를 획득하는 시점을 자율적으로 결정하는 각 개별 픽셀을 지칭한다. 픽셀에는 예를 들어, 타 픽셀의 검출기와 독립적으로 픽셀의 입력 광 신호의 상태를 (예를 들어, 특정 크기의 강도 변화를) 검출하고, 당해 픽셀의 노출측정(EM: exposure measurement) 부분(들)에서 노출측정을 개시하도록 구성되는 조건 검출기(CD: condition detector)를 구비할 수 있다. 이같은 기능적 구성에 따라, 예를 들어 픽셀의 조건 검출기에 의하여, 픽셀 자신이 검출하는 이벤트가 픽셀 감광소자(예, 포토다이오드)로의 입사광이 설정된 기준에 부합한 때(예를 들어, 전번 특정 이후 임계값 이상의 변화가 발생한 때), 픽셀 개별적으로 측정 및/또는 통신할 새로운 광 노출 레벨로 변경시킬 수 있게 해준다.
포토다이오드와 CMOS 픽셀 기술의 최근 발전을 반영하도록 (예를 들어, PPD(pinned photodiode: 핀드 포토다이오드) 픽셀, 글로벌 셔터 픽셀 등을 사용함으로서), 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼-픽셀은 EM 부분을 표준적 (4T, 5T) APS(active pixel sensor, 활성 픽셀 센서) 픽셀들에 기초하여 포토다이오드를 CD와 공유하지 않도록 제작될 수 있다. 예를 들어, 가능한 배치의 예로서 CD 하나와 EM 하나를 하나의 "슈퍼-픽셀"로 조합하는 것일 수 있다.
EM 요소(들)의 노출측정(들)의 결과는 통상 어느 시점에 디지털 형태로 변환되어야 한다. 하나의 유연한 해결책은 각 슈퍼-픽셀 내에 ADC 전체를 하나로서 포함시키는 것이다. 각 픽셀에 로컬 ADC를 배치하는 이같은 구성에 의하여, 통상 시간과 전력 소비를 갖는 길게 형성된 컬럼 판독(column readout) 라인을 구동해야 하는 문제를 피할 수 있다. 또한, 픽셀-레벨 ADC는 추가로 후술하는 바와 같이, 고선명 해상도(HDR: high-definition resolution) 및/또는 RGB(적색/녹색/청색) 컬러 획득을 위한 원-샷(one-shot) 다중-노출(multi-exposure)을 가능하게 해준다.
이하 설명되는 관점에 따른 본 발명의 실시예들은, 이미지 센서에 사용하기 위한 슈퍼-픽셀들을 제시한다. 본 발명에 설명되는 바와 같이, 슈퍼-픽셀들은 아날로그-대-디지털(AD: analog-to-digital) 변환기를 포함하며, 디지털 데이터 또는 측정들을 직접 출력할 수 있다. 그에 따라, 신호에 대한 후처리의 양을 상당한 정도로 감소시킬 수 있고, 그만큼 감소된 데이터 볼륨으로 센서의 효율을 높일 수 있다. 또한, 이러한 변환을 실시함에 있어서 전력 소비를 지수적으로 증가시키지 않도록, 변환기들은 각 슈퍼-픽셀 내의 조건 검출기에 의해 전력 주기적(power-cycled) 동작이 가능하다. 이것은 개별 슈퍼-픽셀에 변환기를 실제적으로 구현할 수 있게 해준다. 부가적으로, 각 슈퍼-픽셀의 AD 변환기는 외부 제어신호에 의해 트리거(trigger) 될 수 있다. 그에 따라 검출된 트리거 내지 조건들에 따르지 않고, 상기 판독들은 관심 영역에 대하여 그리고 요청에 따라 (주문형으로) 인출될 수 있다.
일부 실시예들에 따른 슈퍼-픽셀은 하나의 조건 검출기와 짝을 이루는 복수의 노출측정 회로들을 포함할 수도 있다. 이같은 슈퍼-픽셀의 배치로서 슈퍼-픽셀들을 통합한 이미지 센서는, 고해상도 및/또는 컬러 이미지들을 검출 및 판독할 수 있을 것이다. 이들 이미지는 직접 디지털 데이터로 판독되는 것이며, 보조회로에 의한 아날로그-대-디지털 변환의 필요성을 줄여준다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 슈퍼-픽셀을 포함하도록 제공된다. 각각의 슈퍼-픽셀은 제 1 감광요소와, 제 1 감광요소에 전기적으로 접속되고 제 1 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거 신호를 생성하도록 구성되는 검출기를 포함할 수 있다. 슈퍼-픽셀은 제 2 감광요소와, 제 2 감광요소에 전기적으로 접속되고 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 노출측정 회로를 더 포함할 수 있다. 또한, 슈퍼-픽셀은 검출기와 노출측정 회로에 전기적으로 접속되고 트리거 신호에 응답하여 노출측정 회로(또는 노출측정 회로의 일부)를 인에이블(enable) 시키고, 디지털 신호가 노출측정 회로로부터 판독된 때 노출측정 회로(또는 노출측정 회로의 일부)를 디세이블(disable) 시키도록 구성되는 논리회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 노출측정 회로는 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그-대-디지털 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아날로그-대-디지털 회로는 디지털 램프(ramp) 아날로그-대-디지털 회로로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 아날로그-대-디지털 회로는 단일-기울기(single-slope) 램프 아날로그-대-디지털 회로로 구성될 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 아날로그-대-디지털 회로는 디지털 신호를 외부 판독 시스템으로 출력하기 위한 구성을 더 포함할 수 있다. 이런 실시예의 경우, 아날로그-대-디지털 회로는 출력 후에 디세이블(disable) 되도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 아날로그-대-디지털 회로를 디세이블 시키도록, 아날로그-대-디지털 회로는 추가적으로 상기 출력에 응답하여 상기 논리회로로 리셋(reset) 신호를 보내는 구성을 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들은, 외부 판독 시스템이 클럭 회로(clocked circuit)에 기반하여 아날로그-대-디지털 회로의 출력을 요청할 수도 있을 것이다.
위의 임의의 실시예들에 따른 아날로그-대-디지털 회로는, 논리회로로부터 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 개시 신호를 수신한 다음, 논리회로에 대한 리셋 신호를 보내도록 더 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 논리회로는 외부 제어신호에 응답하여 노출측정 회로(또는 그 일부)를 인에이블(enable) 시키도록 더 구성될 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 상기 검출기는 외부 판독 시스템으로 트리거 신호를 출력하도록 더 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 외부 판독 시스템은 트리거 신호를 수신하는 것에 응답하여 검출기에 확인(acknowledgement) 신호를 보내도록 구성될 수 있고, 검출기는 확인 신호에 응답하여 리셋 되도록 더 구성될 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 논리회로는 검출기에 전기적으로 연결된 제어로직 및 상기 제어로직에 따라 제어되는 스위치를 포함할 수 있다. 이같은 실시예들에서, 제어로직은 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기와 전기적으로 더 연결될 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 상기 논리회로는 검출기에 전기적으로 연결된 제어로직 및 상기 제어로직과 외부 제어기에 연결되는 논리 게이트를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 제어로직은 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기에 대한 전기적 연결을 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 외부 판독 시스템은 회로 클럭에 맞추어 노출측정 회로에게 출력을 요청할 수 있고, 노출측정 회로는 상기 요청에 응답하여 디지털 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 디지털 신호는 검출기가 이전 요청 이후 트리거하지 않은 시간을 나타낼 수 있다. 이같은 실시예들에서 검출기의 트리거가 없었음을 표시하는 임계적 수의 디지털 신호들을 수신한 때, 외부 판독 시스템은 적어도 하나의 제어신호를 보낼 수 있고, 그에 따라 노출측정 회로는 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례적인 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 슈퍼-픽셀을 포함한다. 각각의 슈퍼-픽셀은 제 1 감광요소; 제 1 감광요소에 전기적으로 접속되고, 제 1 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거 신호를 생성하도록 구성되는 검출기; 복수의 제 2 감광요소들; 그리고 복수의 제 2 감광요소들에 전기적으로 접속되고, 상기 트리거 신호에 응답하여 제 2 감광요소들 중 하나 또는 그 이상에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 적어도 하나의 노출측정 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예에들서, 복수의 제 2 감광요소들은 각각의 아날로그 신호들을 노출측정 회로의 별도의(개별) 커패시터 노드들로 출력할 수 있다. 이러한 실시예들인 경우, 복수의 제 2 감광요소들 중 적어도 2개는 상이한 이득(gain)을 가질 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 복수의 제 2 감광요소들은 상이한 시간에 각각의 대응하는 노드 상에 전하를 누적시킬 수 있다. 이러한 실시예들에서, 복수의 제 2 감광요소들은 각각의 아날로그 신호들을 노출측정 회로의 동일한 커패시터 노드에 출력할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 복수의 제 2 감광요소들의 적어도 2개는 상이한 광 필터(예, 밀도 필터, 편광 필터 등)들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 복수의 제 2 감광요소들의 적어도 2개는 상이한 컬러 필터(또는 적외선 차단 필터, 적외선 통과 필터와 같은 다른 파장 필터)들을 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에 따른 적어도 하나의 노출측정 회로는, 하나 또는 그 이상의 제 2 감광요소들로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그-대-디지털 회로를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 아날로그-대-디지털 회로는 단일-기울기 램프(single-slope ramp) 아날로그-대-디지털 회로와 같은 디지털 램프 아날로그-대-디지털 회로를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 아날로그-대-디지털 회로에는 적어도 하나의 비교기(comparator)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상기 비교기는 제 2 감광요소들의 제 2 복수들 각각에 연관된 적어도 하나의 트랜지스터와 연결되는 아날로그-대-디지털 회로의 제 1 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들은 제 2 감광요소들의 상기 제 2 복수들 각각에 연관된 적어도 하나의 리셋 트랜지스터를 더 포함할 수 있고, 적어도 하나의 노출측정 회로는 디지털 신호를 출력하기 전에 각각의 리셋 트랜지스터의 리셋 전압을 출력하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 노출측정 회로는 각각의 리셋 트랜지스터의 리셋 전압을 순차적으로 출력할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 판독 회로(readout circuit)는 출력된 상기 리셋 전압을 이용하여 디지털 신호의 노이즈 및 미스매치에 대한 상관 이중 샘플링(CDS: correlated double sampling) 보정을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적 실시예에 따르면, 이미지 센서에 사용하기에 적합한 슈퍼-픽셀이 제시된다. 슈퍼-픽셀은 비동기 유닛(asynchronous unit)을 포함할 수 있고, 여기서 비동기 유닛은: 제 1 감광요소, 그리고 제 1 감광요소에 전기적으로 연결되고, 제 1 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거 신호를 생성하도록 구성되는 검출기를 포함한다. 상기 슈퍼-픽셀은 추가로 동기 유닛(synchronous unit)을 포함할 수 있고, 여기서 동기 유닛은: 적어도 하나의 제 2 감광요소, 그리고 적어도 하나의 제 2 감광요소에 전기적으로 연결되고, 적어도 하나의 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 노출측정 회로를 포함한다. 슈퍼-픽셀 회로는 논리회로를 더 포함할 수 있으며, 상기 논리회로는 비동기 유닛에 전기적으로 연결되고, 트리거 신호에 응답하여 동기 유닛을 인에이블(enable) 시키며, 디지털 신호가 동기 유닛으로부터 판독되었을 때 상기 동기 유닛을 디세이블(disable) 시키도록 구성된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 슈퍼-픽셀을 갖는 이미지 센서를 제어하기 위한 방법이 제시된다. 위의 방법은 제 1 감광요소에 입사되는 광에 비례하는 제 1 아날로그 신호를 수신하는 단계; 제 1 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거 신호를 생성하는 단계; 트리거 신호에 응답하여, 노출측정 회로를 인에이블(enable) 시키는 단계; 제 2 감광요소의 적어도 하나에 입사되는 광에 비례하는 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 수신하는 단계; 노출측정 회로를 이용하여, 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 노출측정 회로를 디세이블(disabel) 시키는 단계; 그리고 디지털 신호를 외부 판독 시스템으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 변환은 노출측정 회로에 포함된 아날로그-대-디지털 회로를 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 아날로그-대-디지털 회로는 디지털 램프 아날로그-대-디지털 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아날로그-대-디지털 회로는 단일-기울기 램프 아날로그-대-디지털 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 위의 방법은 상기 아날로그-대-디지털 회로를 사용하여 디지털 신호를 외부 판독 시스템으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이같은 실시예들의 방법인 경우, 상기 출력 후에 아날로그-대-디지털 회로를 디세이블(disable) 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들의 방법은, 클럭 회로(clocked circuit)에 기초하여 외부 판독 시스템에서의 출력 요청을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들의 방법은, 상기 출력에 응답하여 아날로그-대-디지털 회로를 디세이블(disable) 시키도록, 아날로그-대-디지털 회로를 이용하여 논리회로를 리셋하기 위한 신호를 보내는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 위의 방법은, 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변환을 완료한 후에 아날로그-대-디지털 회로를 이용하여 논리회로를 리셋하기 위한 신호를 보내는 단계를 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에 따른 방법에는, 외부 제어신호에 대한 응답으로 논리회로를 이용하여 노출측정 회로를 인에이블 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에 따른 방법에는, 검출기를 사용하여 외부 판독 시스템으로 트리거 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이같은 실시예들의 경우, 위의 방법에는 상기 트리거 신호에 대한 응답으로 검출기를 이용하여 외부 판독 시스템으로부터 확인 신호를 수신하고, 상기 확인 신호에 응답하여 검출기를 리셋하는 단계를 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에 따른 논리회로에는, 검출기에 전기적으로 연결되는 제어로직 및 상기 제어로직에 의해 제어되는 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서의 제어로직은, 추가적으로 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기와 전기적으로 연결될 수 있다.
위의 임의의 실시예들에 따른 논리회로는, 검출기와 전기적으로 연결된 제어로직 및 상기 제어로직과 외부 제어기에 연결되는 논리 게이트를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서의 제어로직은, 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기에 전기적 연결을 더 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에 따른 방법은, 외부 판독 시스템으로부터 노출측정 회로에 대하여 회로 클럭에 따라 출력 요청을 수신하는 단계와, 상기 요청에 응답하여 디지털 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 디지털 신호는 예를 들어, 이전 요청 이후 검출기가 트리거 되지 않은 시간을 나타낼 수 있다. 이러한 실시예들에 따른 방법에는, 검출기가 트리거 되지 않았음을 나타내는 임계적 수의 디지털 신호들을 수신한 때, 노출측정 회로로 하여금 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하게 하도록, 외부 판독 시스템으로부터 적어도 하나의 제어신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또 다른 예시적 실시예로서, 복수의 슈퍼-픽셀들을 포함하는 이미지 센서를 제시한다. 각각의 슈퍼-픽셀은 제 1 감광요소와, 제 1 감광요소에 전기적으로 연결되고, 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 1 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거 신호를 생성하도록 구성되는 검출기를 포함할 수 있다. 상기 슈퍼-픽셀은 제 2 감광요소와, 제 2 감광요소에 전기적으로 접속되고, 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 노출측정 회로를 더 포함할 수 있다. 슈퍼-픽셀은 또한, 제 2 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변환되는 동안 제 1 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 3 아날로그 신호의 값이 상기 조건을 충족할 때 인에이블 시키도록 구성되는 적어도 하나의 래치(latch)를 더 포함할 수 있다. 노출측정 회로는, 상기 트리거 신호에 응답하여 제 1 사이클에서 제 2 아날로그 신호를 변환하고, 적어도 하나의 래치의 인에이블에 응답하여 제 2 사이클에서 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 4 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 노출측정 회로는 제 2 감광요소에 충돌하는 광의 밝기에 비례하는 제 2 아날로그 신호 및 제 4 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그-대-디지털 회로를 포함할 수 있다.
이러한 실시예들에서 적어도 하나의 래치는, 트리거 신호에 응답하여 아날로그-대-디지털 회로의 제 1 사이클을 활성화하도록(activate) 구성되는 제 1 래치, 그리고 아날로그-대-디지털 회로로부터의 신호들에 응답하여 활성화 및 클리어(clear)되도록 구성되는 제 2 래치를 갖는 논리회로를 포함할 수 있고; 상기 아날로그-대-디지털 회로는 제 1 사이클을 시작할 때 제 2 래치를 세트(set) 시키고 제 1 래치를 클리어(clear) 하도록 구성될 수 있다. 또한, 외부 판독 시스템은 제 2 래치가 세트(set) 상태일 때 아날로그-대-디지털 회로에 대한 판독을 개시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 아날로그-대-디지털 회로는 제 1 사이클 동안 제 1 래치가 활성화되는 것에 응답하여 제 2 사이클을 개시하도록 구성될 수 있다. 또한 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 래치가 활성화되지 않은 경우, 제 1 사이클 후에 상기 아날로그-대-디지털 회로를 디세이블(disable) 시키도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따른 적어도 하나의 래치는, 트리거 신호에 응답하여 활성화(activate)되고 아날로그-대-디지털 회로로부터의 신호에 응답하여 클리어(clear)되도록 구성될 수 있고; 상기 아날로그-대-디지털 회로는 변환을 개시할지를 결정하기 위하여 각 사이클의 개시 시점에 적어도 하나의 래치를 폴링(polling)하도록 구성될 수 있으며; 그리고 아날로그-대-디지털 회로는 내부 래치를 세트(set) 시키고 변환을 개시할 때 적어도 하나의 래치를 클리어(clear)하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에 따른 외부 판독 시스템은, 내부 래치가 세트(set)될 때 아날로그-대-디지털 회로에 대한 판독을 개시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 내부 래치는 변환에 사용되는 복수의 래치들 중 하나일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 아날로그-대-디지털 회로는, 사이클의 개시 시점에 적어도 하나의 래치가 활성화되지 않은 한 사이클 동안 디세이블(disable) 되도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따른 적어도 하나의 래치는, 제 1 감광요소 및 검출기, 제 2 감광요소, 노출측정 회로, 논리회로의 외부에 있을 수 있다. 이러한 실시예들의 경우, 각 슈퍼-픽셀의 적어도 하나의 래치는 복수의 슈퍼-픽셀들 외부로 메모리 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 실시예들의 적어도 하나의 래치는, 직접 배선 연결 또는 하나 또는 그 이상의 중재기(arbiter) 중 적어도 하나를 사용하여 노출측정 회로에 연결될 수 있으며, 적어도 하나의 래치의 메모리 주소는 대응하는 슈퍼-픽셀의 주소와 연관되는 것일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 래치는 트리거 신호에 응답하여 활성화(activate) 되고 외부 판독(external readout)으로부터의 신호들에 응답하여 클리어(clear) 되도록 구성되고; 아날로그-대-디지털 회로는 각각의 사이클에 변환을 수행하도록 구성되며; 상기 외부 판독은 적어도 하나의 래치가 활성화 된 때에만 아날로그-대-디지털 회로로부터 변환들을 판독하도록 구성될 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 적어도 하나의 래치는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM: static random access memory) 중 적어도 하나의 비트로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적 실시예로서 이미지 센서를 위한 판독 시스템이 제시된다. 판독 시스템은 디지털 신호를 출력하도록 구성되는 측정 판독(measurement readout)들의 제 1 어레이, 그리고 상기 측정 판독들과 연관되고 상기 연관된 측정 판독들로부터 트리거 신호를 수신하면 활성화(activate) 되도록 구성되는 래치들의 제 2 어레이를 포함할 수 있다. 본 발명의 판독 시스템은 제 2 어레이의 래치들이 활성화(activate) 되는 것에 기초하여 상기 측정 판독들의 제 1 어레이의 하나 또는 그 이상의 측정 판독들에 클럭을 제시하도록 구성되는 클럭 회로(clocked circuit)를 더 포함할 수 있다. 상기 래치들의 제 2 어레이는 클럭되는 것에 따라 비활성화(deactivate) 되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따른 판독 시스템은 복수의 스위치들을 더 포함할 수 있으며, 그에 따라 상응하는 래치들이 활성화될 때 제 1 어레이의 측정 판독들과 상기 클럭 회로(circuit)가 연결되도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 어레이는 제 1 어레이의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 어레이는 1 비트 또는 그 이상의 셀들로서 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 어레이를 포함할 수 있다.
위의 임의의 실시예들에서, 제 2 어레이는 제 1 어레이와 동일한 칩 상에 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 클럭 회로(clocked circuit)는, 제 2 어레이의 모든 래치들이 활성화되지 않는 경우 클럭 사이클을 스킵(skip)하도록 더 구성될 수 있다.
그밖에 본 발명의 추가적인 목적과 이점들의 적어도 일부에 대하여 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이고, 그와 같은 부분적인 설명으로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이며, 또는 실시를 통해서 본 설명에 대하여 충분히 학습할 수 있을 것이다. 본 발명에서 설명하는 목적과 이점들은 특히 첨부된 청구항들에서 명시한 요소들과 결합으로부터 실현 내지 달성될 것이다.
또한 앞서 설명된 일반적 사항과 후술하는 상세한 설명은 단지 본 발명에 대한 예시적 설명이며, 제시된 실시예로서 제한되지 않는다는 점에 유의하여야 할 것이다.
본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 통해 다양한 실시예들을 제시하고, 그에 따라 본 발명의 실시예들에 포함된 원리와 특징들을 설명한다. 이하 도면들은 다음과 같다:
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 슈퍼-픽셀의 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 다른 예시적 슈퍼-픽셀의 개략도이다.
도 1c는 본 발명의 실시예들에 따른 또 다른 예시적 슈퍼-픽셀의 개략도이다.
도 1d는 본 발명의 실시예들에 따른 또 다른 예시적 슈퍼-픽셀의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 노출측정 서브-회로의 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른, 동시 노출을 위한 개별 노드들을 갖는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 2c는 본 발명의 실시예들에 따른 개별 노출들을 위한 개별 노드들을 갖는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 2d는 본 발명의 실시예들에 따른, 노드 하나를 공유하는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 2e는 본 발명의 실시예들에 따른, 컬럼-레벨 아날로그-대-디지털 변환기를 공유하는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 2f는 본 발명의 실시예들에 따른, 컬럼-레벨 아날로그-대-디지털 변환기를 공유하면서 플로팅 확산(floating diffusion), 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터 및 픽셀 선택 트랜지스터를 포함하는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 2g는 본 발명의 실시예들에 따른, 컬럼-레벨 아날로그-대-디지털 변환기를 공유하면서 롤링 셔터(rolling shutter) 모드에서 작동하는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 2h는 본 발명의 실시예들에 따른, 컬럼-레벨 아날로그-대-디지털 변환기를 공유하고 롤링 셔터 모드에서 작동하면서, 플로팅 확산, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 트랜지스터 및 픽셀 선택 트랜지스터를 포함하는 3개의 노출측정 서브-회로들을 보여주는 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 아날로그-대-디지털 변환기의 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 아날로그-대-디지털 변환기의 일부로서, 노출측정 서브-회로들과 적어도 하나의 트랜지스터를 공유하는 전압 비교기의 예시를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른, 복수의 슈퍼-픽셀들을 갖는 이미지 센서를 제어하기 위한 예시적 방법의 흐름도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2a의 하나의 노출측정 서브-픽셀을 갖는 노출측정 서브-픽셀 및 슈퍼-픽셀 ADC에서, 광 강도 측정의 제어 및 광 강도 측정 결과의 아날로그-대-디지털 변환에 대한 신호들의 가능한 타이밍들을 그래픽으로 보여준다.
도 5b는 도 2b에 도시된(도 2b는 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 나타냄) 접속된 2개의 노출측정 서브-픽셀들을 갖는 노출측정 서브-픽셀과 슈퍼-픽셀 ADC에 있어서, 본 발명의 실시예들에 따른 광 강도 측정의 제어 및 광 강도 측정 결과에 대한 아날로그-대-디지털 변환에서 나타나는 신호들의 가능한 타이밍들을 그래픽으로 보여준다.
도 5c는 도 2c에 도시된(도 2c는 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 나타냄) 접속된 2개의 노출측정 서브-픽셀들을 갖는 노출측정 서브-픽셀과 슈퍼-픽셀 ADC에 있어서, 본 발명의 실시예들에 따른 광 강도 측정의 제어 및 광 강도 측정 결과에 대한 아날로그-대-디지털 변환에 나타나는 신호들의 가능한 타이밍들을 그래픽으로 보여준다.
도 5d는 도 2d에 도시된(도 2d는 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 나타냄) 접속된 2개의 노출측정 서브-픽셀들을 갖는 노출측정 서브-픽셀과 슈퍼-픽셀 ADC에 있어서, 본 발명의 실시예들에 따른 광 강도 측정의 제어 및 광 강도 측정 결과에 대한 아날로그-대-디지털 변환에 나타나는 신호들의 가능한 타이밍들을 그래픽으로 보여준다.
도 5e는 도 3b에 도시된 비교기 및 노출측정 서브-픽셀들을 갖는 노출측정 서브-픽셀과 슈퍼-픽셀 ADC에 있어서, 본 발명의 실시예들에 따른 광 강도 측정의 제어 및 광 강도 측정 결과에 대한 아날로그-대-디지털 변환에 나타나는 신호들의 가능한 타이밍들을 그래픽으로 보여준다.
도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 조건 검출기의 예시를 보여준다.
도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 조건 검출기의 다른 예시를 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예들에서 도 6b의 검출기에 따라 생성되는 트리거들의 그래픽을 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 조건 검출기 및 노출측정 서브-회로들의 포토다이오드들에 대한 가능한 기하학적 배치들, 그리고 포토다이오드들과 관련 회로들과의 연결들을 개략적으로 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른, HDR(high-dynamic range) 이미징 및/또는 RGB(red-green-blue) 이미징을 제공하는 슈퍼-픽셀들을 개략적으로 보여준다.
도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 클럭으로 동작하는 판독 회로의 개략도이다.
도 10b는 본 발명의 실시예들에 따라 래치 인에이블로서 구현되는 클럭으로 동작하는 판독 회로의 개략도이다.
도 11은 컬럼-레벨 아날로그-대-디지털 변환기를 이용한 이미지 센서의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른, 연속적 제어 사이클들(N)에서 임의의 비동기 검출 이벤트들(CD) 및 관련된 (트리거된) 노출측정(EM: exposure measurement) 사이의 일반적 시간 관계들을 그래픽으로 보여준다.
설명되는 실시예들은, 슈퍼-픽셀들, 상기 슈퍼-픽셀들을 포함하는 이미지 센서들의 구현, 그리고 이를 사용하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 특히 디지털 포맷으로 직접 출력되는 빠르고 효율적인 이미지 및 이벤트 센싱을 제공하는 점에서 유용하다. 본 발명의 실시예들은 보안 시스템, 자율주행 차량 및 빠르고 효율적인 모션 센싱 및 모션 이벤트-구동형(event-driven) 이미지 데이터 획득이 요구되는 다양한 시스템과 어플리케이션 및 비전 시스템 등에서 적용 및 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 이미징 시스템을 일반적으로 참조하여 설명하지만, 이러한 시스템은 카메라, LIDAR 또는 다른 이미징 시스템의 일부로서 적용될 수 있다는 점을 이해해야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 슈퍼-픽셀(100)의 예시를 보여준다. 여기서 사용되는 "슈퍼-픽셀"은 슈퍼-픽셀에 입사되는 광에 기초하여 디지털 데이터를 출력하는 이미지 센서의 가장 작은 요소를 지칭한다. 본 슈퍼-픽셀의 경우, 일부 실시예들에서, 2개 또는 그 이상의 감광요소들, 예를 들어, 요소들(101, 103)과 함께 조건 검출기(105), ADC(109), 제어로직(111), 통신로직(113)을 포함할 수 있으므로, 통상의 "픽셀"보다 더 크거나 더 많은 구성요소들을 포함할 수 있다.
감광요소는 포토다이오드(예를 들어, p-n 접합 또는 PIN 구조) 또는 광을 전기신호로 변환하도록 구성되는 임의의 다른 요소를 포함할 수 있다. 각각의 포토다이오드(예를 들어, 요소(101) 또는 요소(103))는 포토다이오드에 입사되는 광의 강도에 비례하는 전류(예를 들어, I ph )를 생성할 수 있다.
도 1a에 예시된 것처럼, 슈퍼-픽셀은 동기 유닛(100a)과 비동기 유닛(100b)을 포함한다. 비동기 유닛(100b)은 감광요소(101)(PDCD, 예를 들어, 포토다이오드)를 포함할 수 있고, 동기 유닛(100a)은 적어도 하나의 감광요소(103)(PDEM, 예를 들어, 포토다이오드)를 포함할 수 있다.
비동기 유닛(100b)은 조건 검출기(105)(CD)를 더 포함할 수 있다. 도 1a의 예시와 같이, 검출기(105)는 제 1 감광요소(101)(PDCD)와 전기적으로 연결되고, 제 1 감광요소(101)에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건에 매칭될 때 트리거 신호(도 1a에서 "세트"로 표기)를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 조건은 아날로그 신호가(예를 들어, 전압 또는 전류 레벨이) 임계값을 초과하는지 여부를 포함할 수 있다. 아날로그 신호는 전압 또는 전류 신호를 포함할 수 있다.
동기 유닛(100a)은 노출측정 서브-픽셀(107)을 포함할 수 있다. 노출측정 서브-픽셀(107)은 제 2 감광요소(103)(PDEM)에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 측정을 생성하도록 구성될 수 있다. 도 1a에서는 전압 신호(VFD)로 도시되어 있지만, 아날로그 측정은 대안적으로 전류 신호를 포함할 수 있다. 동기 유닛(100a)은 아날로그 측정을 디지털 데이터(도 1a의 예에서 "dig pix data"로 표기)로 변환하기 위한 아날로그-대-디지털 변환기(ADC)(109)를 더 포함할 수 있다. 노출측정 서브-픽셀(107)과 ADC(109)의 조합은 "노출측정 회로"로 지칭될 수 있다. 이와 같은 노출측정 회로는, 제 2 감광요소(103)(PDEM)에 전기적으로 연결되고 제 2 감광요소(103)에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 조건 검출기(CD)에 의해 검출된 조건에 기초하여 출력하는 비동기 유닛(100b)과 달리, 동기 유닛(100a)은 클럭으로 동작할 수 있고, 예를 들어, 클럭 사이클에 따라 디지털 데이터가 ADC로부터 출력된다. 일부 실시예들에서, 노출측정 서브-픽셀(107) 역시 클럭이 제공될 수 있고 그에 따라 제 2 감광요소(103)(PDEM)로부터의 신호가 클럭 사이클에 따라서 아날로그 신호로 변환될 수 있다.
추가로 도 1a의 도시와 같이, 조건 검출시, 조건 검출기(105)(CD)는 비동기 유닛(100b)의 일부를 이루는 제어로직(111)으로 신호(도 1a의 예에서 "세트"로 표기)를 전달할 수 있다. 제어로직(111)은 ADC(109)를 인에이블(또는 도 1a에서 "파워 업"으로 표기) 하도록 스위치(미도시) 및/또는 논리 게이트(113)(도 1a에서 "OR" 게이트로 표기)를 트리거 할 수 있다. 본 설명에서 사용되는, "인에이블(enable)"은 입력되는 ADC 제어신호들, 램프 코드들 또는 기타 신호를 사용하여 ADC(109)가 변환을 수행하도록 활성화되는 것을 지칭할 수 있다. 그에 따라, ADC 제어신호 내지 램프 코드 등은 ADC(109)로 연속적으로 입력되고 상기 인에이블 시점에 사용될 수 있다.
제어로직(111)과 스위치(미도시) 및/또는 논리 게이트(113)의 조합은, 여기서 "논리회로"로 지칭될 수 있다. 그에 따른 논리회로는, 검출기(105) 및 노출측정 회로에 전기적으로 연결되고, 트리거 신호(도 1a에서 "세트"로 표기)에 응답하여 노출측정 회로(또는 특히, 노출측정 회로의 ADC(109))를 인에이블 시키고, 디지털 신호("dig pix data"로 표기)가 노출측정 회로로부터 판독된 때 노출측정 회로(또는 특히, 노출측정 회로의 ADC(109))를 디세이블(disable) 시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들의 논리회로는 노출측정 회로(또는 특히, 노출측정 회로의 ADC(109))를 일시적으로 인에이블 시킴으로서, 노출측정 회로(또는 특히, 노출측정 회로의 ADC(109))가 디지털 신호를 출력한 다음 자동으로 디세이블 된다.
그에 따라 디지털 데이터가 외부 판독 시스템(미도시)으로 판독되면, ADC(109)는 제어로직(111)에 전달되는 리셋 신호(도 1a의 예에서 "클리어"로 표기)를 생성할 수 있다. 따라서, 제어로직(111)은 ADC(109)를 디세이블(또는 도 1a에서 "파워 다운"으로 표기) 시키도록 스위치(미도시) 및/또는 논리 게이트(113)를 트리거할 수 있다. 본 설명에서 사용되는 "디세이블(disable)"은 ADC(109)가 입력되는 ADC 제어신호들, 램프 코드들 및 그밖의 신호들을 사용하여 변환을 수행하는 것을 비활성화 시키는 것을 지칭할 수 있다. 그러나, ADC 제어신호들, 램프 코드들과 같은 신호들은 디세이블 된 후에도 여전히 ADC(109)에 입력될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에 따른 제어로직(111)의 논리회로는, 동기 유닛(100a)(또는 특히, 동기 유닛(100a)의 ADC(109))을 일시적으로 인에이블 시키는 것이며, 동기 유닛(100a)(또는 특히, 동기 유닛(100a)의 ADC(109))에서 디지털 신호를 출력한 후에는 자동으로 디세이블 되는 것일 수 있다. 예를 들어, 트리거 신호(도 1a에서 "세트"로 표기)에 응답하여 논리회로가 ADC(109)를 인에이블 시킨 후 ADC(109)로부터 리셋 신호(도 1a에서 "클리어"로 표기)가 제어로직(111)의 논리회로로 전송될 수 있고, 그에 따라 논리회로가 조건 검출기(105)로부터 새로운 "세트" 신호를 수신하도록 준비될 수 있다.
추가로 도 1a에 도시된 바와 같이, 조건 검출기(105)(CD)는 트리거 신호를 외부 판독 시스템(도 1a에서 "Req"로 표기)으로 통신할 수 있다. 또한 조건 검출기(105)(CD)는 확인 신호(도 1a에서 "Ack"로 표기)를 수신함으로써 조건 검출기(105)(CD)를 리셋 시키고 조건을 다시 검출하여 트리거를 생성하도록 하는데 이용할 수 있다. 일부 실시예들의 외부 판독 시스템은 또한, 노출측정 서브-픽셀(107) 및/또는 ADC(109)로 제어신호를 전송할 수 있다. 외부 판독 시스템과의 모든 통신은 주소-이벤트 표현(AER: address-event representation) 등과 같은 프로토콜 및/또는 클럭 사이클로서 관리될 수 있다. 따라서, 외부 판독 시스템은 슈퍼-픽셀들로부터 데이터를 비동기적으로 판독하도록 구성되는 이벤트 판독 시스템 및/또는 미리 정해진 클럭 사이클에 슈퍼-픽셀들로부터 데이터를 판독하도록 구성되는 클럭-기반 판독 시스템으로 구성될 수 있다.
추가로 도 1a의 도시와 같이, 판독(readout)의 활성화(activate)를 위한 외부 제어신호들이 스위치(미도시) 및/또는 논리 게이트(113)(또는 제어로직(111))로 인가될 수도 있다. 예를 들어, 슈퍼-픽셀(100)이 임계적 수의 클럭 사이클이 지나도록 판독신호를 생성하지 않은 경우(예를 들어, 임계적 수의 클럭 사이클이 지나도록 조건이 충족되지 않은 경우), 판독을 강제하도록 외부 판독 시스템에서 제어신호를 전송할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 외부 판독 시스템은 표준 프레임 모드에서 동작할 수 있고, 그에 따라 조건의 검출 여부에 무관하게 프레임의 전체 또는 일부를 캡처하도록 슈퍼-픽셀들 또는 슈퍼-픽셀들 적어도 일부 그룹(예를 들어, 슈퍼-픽셀(100))을 트리거 할 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 다른 예시의 슈퍼-픽셀(100')을 보여준다. 도 1b의 슈퍼-픽셀(100')은 도 1a의 슈퍼-픽셀(100)과 유사하게 기능하지만, 제어회로의 OR 게이트(113)에 따른 스위치(115)(SEM)를 더 포함한다. 그에 따라, 도 1b의 슈퍼-픽셀(100')은 스위치(115)에 인가되는 외부 제어신호를 사용하여, ADC(109)가 디세이블 될 때마다 노출측정 서브-픽셀(107)까지 비활성화 시킬 수 있다.
도 1c는 본 발명의 실시예들에 따른 또 다른 슈퍼-픽셀(100'')의 예시를 보여준다. 도 1c의 슈퍼-픽셀(100'')은 도 1a의 슈퍼-픽셀(100)과 유사하게 기능하지만, 복수의 노출측정 서브-픽셀들, 예를 들어, 서브-픽셀들(107a, 107b 및 107c)을 더 포함한다. 도 1c의 실시예에서 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 갖는 것으로 도시되어 있지만, ADC(109)와 짝을 이루는 임의의 수의 서브-픽셀들로 구현될 수 있을 것이다. 그에 따른 도 1c의 실시예는, 예를 들어, 복수의 노출측정 서브-픽셀로부터의 측정들에 대하여 평균, 합산, 또는 다른 결합으로써 보다 정확한 데이터를 캡처할 수 있고, 이같은 통합된 측정으로서 디지털 신호로 변환할 수 있게 할 것이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 복수의 노출측정 서브-픽셀로부터의 측정들은 더 높은 해상도를 달성하도록 순차적으로 디지털 신호로 변환될 수도 있을 것이다.
도 1d는 본 발명의 실시예들에 따른 또 다른 슈퍼-픽셀(100''')의 예시를 보여준다. 도 1d의 슈퍼-픽셀(100''')은 도 1c의 슈퍼-픽셀(100'')과 유사하게 기능하지만, 래치(115)를 더 포함한다. 예를 들어, 래치(115)는 스위치(예를 들어, 스위치로서 기능하도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)의 하나 또는 그 이상의 비트 등으로 구성될 수 있을 것이다. ADC(109)와 별개로 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서, 래치(115)는 (예를 들어, 도 3a의 ADC(300)에 대해 후술하는 바와 같이) ADC(109)에 제공되는 n-비트 래치들의 적어도 하나의 래치로 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 트리거 신호(도 1d에서 "세트"로 표기)는 제어로직(111)을 제 1 사이클(N-1) 동안 활성화 되도록 할 수 있다. 이에 응답하여, 제어로직(111)은 인에이블 신호(도 1d에서 "파워 업"으로 표기)를 ADC(109)로 전달할 수 있다. 이에 응답하여, ADC(109)는 제 2 사이클(N)에 하나 또는 그 이상의 노출측정 서브-픽셀들(예, 서브-픽셀(107a, 107b 및 107c))로부터의 아날로그 신호에 대하여 변환을 시작할 수 있다. 또한, ADC(109)는 사이클(N)의 시작 또는 시작 전에 래치(115)를 세트 시키고 신호를 제어로직(111)에 전달할 수 있어(도 1d에서 "클리어"로 표기), 위의 사이클(N) 동안 제어로직(111)은 언제든지 새로운 트리거 신호를 생성하도록 준비될 수 있다. 그에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 또한 추가로 후술하는 바와 같이, 새로운 노출/변환이 이미 제 3 사이클(N+1)에 가능하게 된다. 래치(115)는 판독 시스템에 (예를 들어, 도 1d에 도시된 "dig pixel data" 버스를 통해) 추가로 접속될 수 있고, 판독 시스템이 사이클 N의 끝에 판독을 수행하도록 시그널링 할 수 있다. 그에 따라, 판독 시스템은 사이클 N의 끝에 ADC(109)로부터 디지털 신호를 인출하고, 래치(115)는 ADC(109)에 의해 클리어될 수 있다.
다른 실시예의 경우, "파워 업" 신호를 ADC(109)에 전달하는 대신, 제어로직(111)이 래치(115)를 활성화 시킬 수 있다. 이러한 실시예들의 ADC(109)는, 각 사이클의 시작 시점에 해당 사이클에서 변환을 수행할지 여부를 결정하도록 래치(115)의 상태를 폴링(polling)할 수 있다. ADC(109)가 연속적으로 동작하지 않고 디세이블 되는 실시예들인 경우, 상기 사이클의 시작에서 래치(115)가 활성화되지 않으면 ADC(109)는 해당 일 사이클 동안 디세이블 될 것이다. ADC(109)가 래치(115)를 폴링하고 래치(115)가 활성화되면, ADC(109)는 래치(115)를 클리어하고 하나 이상의 노출측정 서브-픽셀들(예를 들어, 서브-픽셀(107a, 107b 및 107c))로부터의 아날로그 신호에 대한 변환을 시작할 것이다. 이러한 실시예들에서, ADC(109)는 내부 상태비트를 추가로 세트시킴으로써, 해당 사이클의 끝에 판독이 수행되도록 판독 시스템에 통지할 수 있다. 판독 후, ADC(109)는 자신을 디세이블 시키고, 다음 사이클의 시작에서 다시 래치(115)를 폴링함으로써 다른 주기를 다시 인에이블 할지 여부를 결정할 수 있다. 대안적으로, ADC(109)는 다른 변환을 위한 인에이블을 유지할지 또는 디세이블 할지를 결정하도록, 디세이블 전에 래치(115)를 폴링할 수도 있다.
다른 실시예(도 1d에 미도시)에서 래치(115)는 슈퍼-픽셀(100''')의 외부에 있을 수 있다. 이러한 실시예들인 경우, 슈퍼-픽셀(100''')은 제어로직(111)을 배제하기도 한다. 대신, 조건이 충족되는 것에 따라 검출기(105)에서 래치(115)를 활성화시킬 수 있고, ADC(109)는 각 사이클에서의 변환을 계속 수행할 수 있다. 그에 따른 판독 시스템은, 각 사이클의 끝에서 판독을 수행할지 여부를 결정하도록 래치(115)를 이용할 것이다. 아닌 경우, ADC(109)에 의해 수행된 변환은 판독되지 않고 소거될 것이다. 이러한 실시예의 경우 각각의 ADC 사이클 동안 추가적인 전력 소모가 있겠지만, 제어로직(111)이 생략되고 래치(115)와 같이 외부 래치들의 더 작은 어레이를 사용함으로서 슈퍼-픽셀(100''')을 더 작게 제작할 수 있다.
래치(115)가 슈퍼-픽셀(100''') 외부에 있는 실시예인 경우, 래치(115)는 직접 배선 연결 또는 하나 또는 그 이상의 중재기(arbiter) 중 적어도 하나를 사용하여 슈퍼-픽셀(100''')에 접속될 수 있다. 예를 들어, 래치(115)는 외부 래치들의 어레이의 일부일 수 있고, 그에 따른 하나 또는 그 이상의 중재기는 래치(115)의 메모리 주소가 대응하는 슈퍼-픽셀(예, 슈퍼-픽셀(100'''))과 연관되도록 할 수 있다.
3개의 노출측정 서브-픽셀들(예를 들어, 서브-픽셀(107a, 107b 및 107c))을 갖는 것으로 도시되었지만, 도 1d에 도시된 실시예는 ADC(109)와 결합된 임의의 수의 서브-픽셀들로, 예를 들어, 1개의 서브-픽셀, 2개의 서브-픽셀, 4개의 서브-픽셀 등으로 구현될 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d의 예시적 슈퍼-픽셀들(100, 100', 100'' 및 100''')은 각각 이미지 또는 이벤트 센서들을 형성하도록 하나 또는 그 이상의 어레이로 배치될 수 있다. 예를 들어, ADC로부터 외부 판독 시스템으로의 디지털 데이터 판독을 위하여, 슈퍼-픽셀들은 하나 이상의 로우(row)들과 하나 이상의 컬럼(column)들에 배치될 수 있고, 그에 상응하는 로우(row)와 컬럼(column) 각각의 클럭 회로를 갖을 수 있다. 다른 예로서, ADC로부터 외부 판독 시스템으로의 디지털 데이터의 판독을 위하여, 슈퍼-픽셀은 스타(star) 형상으로 배치될 수 있고, 스타(star)의 각 노드에 대하여 클럭 회로를 갖을 수 있다.
도 2a는 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1a의 슈퍼-픽셀(100) 또는 도 1b 내지 도 1d의 다른 슈퍼-픽셀)에서 사용하기 위한 노출측정 서브-픽셀(200)의 개략도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 서브-픽셀(200)은 입사되는 광에 비례하는 일 신호(예를 들어, Iph)를 생성하는 감광요소(201)(PDEM)를 포함할 수 있다. 상기 신호는 노드(203)(FD)에 누적될 수 있다. 예를 들어, 상기 신호는 감광요소(201)의 노드(예를 들어, 포토다이오드 노드 PDEM의 캐소드)의 기생용량에 사전 설정된 시간 동안 누적될 수 있다. 누적된 전하는 트랜지스터(205)(TG)를 통해 감광요소(201)의 기생용량으로부터 노드(203)(FD)로 전달될 수 있다. 트랜지스터(205)(TG)의 게이트는 도 2a에서 "전송"으로 표기된 신호에 의해 제어될 수 있다. 그에 따라, 트랜지스터(205)(TG)는 적분된 신호를 노드(203)(FD)로 전송함으로써 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 노드(203)는 커패시터(207)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 제 2 트랜지스터(209)(RS)는 새로운 측정을 위하여, 예를 들어, 신호(VFD)가 스위치(211)(SFD) (및/또는 스위치로서 작용하도록 구성되는 하나 이상의 트랜지스터)를 통해 ADC(미도시)로 전송된 후, 노드(203)를 리셋 시킬 수 있다. 트랜지스터(211)(RS)의 게이트는 도 2a에서 "리셋"으로 표기된 신호에 의해 제어될 수 있다.
도 2b는 전송 및 리셋 신호들을 공유하고 개별적인 센싱 노드들을 갖도록 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 포함하는 시스템(250)의 개략도이며, 동시 노출(즉, 적분의 공통 개시 및 종료)을 허용한다. 각각의 센싱 노드를 상이한 커패시턴스를 갖도록 구성하여 상이한 전하-대-전압 변환 이득(gain)이 가능할 수 있다. 이같은 설계는, 예를 들어, HDR(high-dynamic range) 동작들에 바람직하며, 시스템(250)의 경우 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는데 적합할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 각각의 감광요소들(예를 들어, 요소(251)(PDEM1), 요소(253)(PDEM2), 요소(255)(PDEM3))은 대응하는 신호들(도 2b의 예에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)을 가질 수 있고, 이들 신호들은 각 감광요소의 대응하는 노드(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어, PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 각 기생용량들로 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터들(257a, 257b 및 257c)(각각 TG1, TG2 및 TG3)은 적분된 신호를 노드(259a, 259b 및 259c)(각각 FD1, FD2 및 FD3)로 전송하여 각각의 전압 출력신호(VFD)들을 생성한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 노드(259a)는 커패시터(261a)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있고; 노드(259b)는 커패시터(S261b)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있으며; 노드(259c)는 커패시터(261c)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2b에서, 트랜지스터는 모두 동일한 신호("전송"으로 표기)에 의해 제어된다. 제 2 트랜지스터군(263a, 263b 및 263c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)은 새로운 측정을 위해, 예를 들어, 신호(VFD)가 ADC(미도시)로 전송된 후, 노드(259a, 259b 및 259c)를 각각 리셋 시킬 수 있다. 이들 트랜지스터(263a, 263b 및 263c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)의 게이트들은 도 2b에서 "리셋"으로 표기된 동일한 신호에 의해 제어될 수 있다. 각 노드는 스위치(예를 들어, 각각 스위치(265a)(SFD1), 스위치(265b)(SFD2) 및 스위치(265c)(SFD3) 및/또는 스위치로서 작용하도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터)와 같은 각각의 라우팅 구성요소들과 접속될 수 있고 ADC(미도시)로의 동시 노출 및 순차적 전송을 실행할 수 있다.
도 2c는 분리된 센싱 노드들과 개별적 전송 신호들을 갖는 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 포함하는 시스템(270)의 개략도이며, 노출시간(즉, 적분에 대해 공통으로 개시하지만 상이한 종료시간)을 달리 하는 것이 가능하다. 각 센싱 노드들의 변환 이득은 적분시간들을 달리함으로써 HDR(high-dynamic range) 동작을 얻을 수 있는 것과 같도록 각각 상이하게 구성될 수 있다. 대안적으로, 도 2b의 시스템(250)과 마찬가지로, 각 센싱 노드의 변환 이득을 다르게 구성될 수도 있을 것이다. 시스템(270)은 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는데 적합할 수 있다. 도 2c에 나타낸 바와 같이, 각각의 감광요소들(예를 들어, 요소(271)(PDEM1), 요소(273)(PDEM2) 및 요소(275)(PDEM3))은 대응하는 신호들(도 2c의 예에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)을 가질 수 있고, 이들 신호들은 각 감광요소의 노드들(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어, PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 각 기생용량들로 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터들(277a, 277b 및 277c)(각각 TG1, TG2 및 TG3)은 적분된 신호를 노드들(279a, 279b 및 279c)(각각 FD1, FD2 및 FD3)로 각각 전송하여 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 노드(279a)는 커패시터(281a)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있고; 노드(279b)는 커패시터(281b)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있으며; 노드(279c)는 커패시터(281c)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2c의 예시에 따른 각 트랜지스터는 대응하는 각각의 신호(예를 들어, "전송1", "전송2" 및 "전송3"으로 표기)에 의해 제어된다. 제 2 트랜지스터군(283a, 283b 및 283c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)은 새로운 측정을 위해, 예를 들어, 신호(VFD)가 ADC(미도시)로 전송된 후, 노드(279a, 279b 및 279c)를 각각 리셋 시킬 수 있다. 트랜지스터(283a, 283b 및 283c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)의 게이트는 도 2c에서 "리셋"으로 표기된 대응하는 신호에 의해 제어될 수 있다. 각 노드는 스위치(예를 들어, 각각 스위치(285a)(SFD1), 스위치(285b)(SFD2) 및 스위치(285c)(SFD3), 및/또는 스위치로서 작용하도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터)와 같은 각각의 라우팅 구성요소들과 접속될 수 있고 ADC(미도시)로의 동시 노출 및 순차적 전송을 실행할 수 있다.
도 2d는 동일한 센싱 노드를 공유하고 개별적인 전송 신호를 갖는 3개의 노출측정 서브-픽셀을 포함하는 시스템(290)의 개략도이며, 노출시간(즉, 적분에 대해 공통으로 개시하지만 상이한 종료시간)을 달리 하는 것이 가능하다. 시스템(290)은 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는데 적합할 수 있다. 도 2d에 나타낸 바와 같이, 각 감광요소들(예를 들어, 요소(291)(PDEM1), 요소(293)(PDEM2) 및 요소(295)(PDEM3))은 대응하는 신호(예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)를 가질 수 있고, 이들 신호는 각 감광요소의 노드들(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어, PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 기생용량에 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터들(277a, 277b 및 277c)(각각 TG1, TG2 및 TG3)은 적분된 신호를 노드(297)(FD)로 순차적으로 전송하여 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 노드(297)는 커패시터(298)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2d의 예시에 따른 각각의 트랜지스터는, 대응하는 신호들(예를 들어, "전송1", "전송2" 및 "전송3"으로 표기)에 의해 제어된다. 제2 트랜지스터(299)(RS)는 새로운 측정을 위해, 예를 들어, 적분된 신호가 ADC(미도시)로 순차적으로 전송된 후, 노드(297)를 리셋 시킬 수 있다. 트랜지스터(299)(RS1)의 게이트는 도 2d에서 "리셋"으로 표기된 대응하는 신호에 의해 제어될 수 있다.
도 2e는 개별 센싱 노드를 갖고 개별적인 전송 신호를 갖는 3개의 노출측정 서브-픽셀을 포함하는 시스템(270')의 개략도이며, 노출시간(즉, 적분에 대해 공통으로 개시하지만 상이한 종료시간)을 달리 하는 것이 가능하다. 이 시스템(270')은 컬럼(column)-레벨 ADC 및 외부 래치 동작인 실시에 적합할 수 있다. 판독 트리거의 경우 여전히 슈퍼-픽셀의 조건 검출기에 의해 제어된다.
도 2e에 따른 각 센싱 노드들의 변환 이득은, 적분시간들을 달리함으로써 HDR(high-dynamic range) 동작을 얻을 수 있는 것과 같도록 각각 상이하게 구성될 수 있다. 대안적으로, 도 2b의 시스템(250)과 유사하게, 상이한 센싱 노드의 변환 이득을 각각 다르게 구성할 수 있을 것이다. 이 시스템(270')은 본 설명에서의 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는데 적합할 수 있다. 또한, 시스템(270')은 조건 검출기를 갖는 슈퍼-픽셀로서, 트리거 신호들을 출력하지만 노출측정 회로들을 제어하지 않는 것에 적합할 수 있으며, 이 경우 노출측정 회로는 대신 외부 판독 트리거에 의해 제어된다(예를 들어, 전체 픽셀 어레이를 판독하는 표준 프레임 모드 구현).
도 2e에 도시된 바와 같이, 각각의 감광요소들(예를 들어, 요소(271)(PDEM1), 요소(273)(PDEM2) 및 요소(275)(PDEM3))은 대응하는 신호(예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)를 가질 수 있고, 각 감광요소의 노드들(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어, PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 각 기생용량에 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터들(277a, 277b 및 277c)(각각 TGX1, TGX2 및 TGX3)은 적분된 신호를 노드들(279d, 279e 및 279f)로 각각 전송함으로써(각각 MEM1, MEM2 및 MEM3) 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 노드(279d)는 커패시터(281d)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있고; 노드(279e)는 커패시터(281e)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있으며; 노드(279f)는 커패시터(281f)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2e의 예시에 따른 각각의 트랜지스터는, 글로벌 셔터로부터의 신호(예를 들어, 도 2e의 예에서 "전송 X"로 표기)에 의해 제어된다. 예를 들어, 시스템(270')을 구성하는 일 로우(row)가 선택될 때 주기적인 글로벌 외부 신호를 통해 "전송 X" 신호를 활성화할 수 있다. 그에 따라 고정된 제 1 클럭 사이클 중에 전하 전송이 발생될 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 트랜지스터들(277d, 277e 및 277f)(각각 TGY1, TGY2 및 TGY3)은 고정된 제 2 클럭 사이클에 적분된 신호를 각 노드들(279a, 279b 및 279c)(각각 FD1, FD2 및 FD3)로 전송하여 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2e와 같이, 노드(279a)는 커패시터(281a)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있고; 노드(279b)는 커패시터(281b)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있으며; 노드(279c)는 커패시터(281c)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2e의 예에서, 각각의 트랜지스터는 주기적인 제 2 글로벌 외부 신호(예를 들어, 각각 "전송 Y1", "전송 Y2" 및 "전송 Y3"로 표기)에 의해 제어된다.
제 3 트랜지스터군(287a, 287b 및 287c)(각각 TOV1, TOV2 및 TOV3)의 트랜지스터들은 각각 오버플로우 게이트로서 기능하며, 전송된 전압(VFD)의 출력 전에 부호 반전을 일으키는 것을 방지하도록 포토다이오드를 리셋 시킬 수 있다.
제 4 트랜지스터군((289a, 289b 및 289c)(각각 SF1, SF2 및 SF3) 및 (291a, 291b 및 291c)(각각 SEL1, SEL2 및 SEL3))은 노출측정 회로로부터의 선택 및 판독을 제어할 수 있다. 예를 들어, 노출측정이 조건 검출기에 의해 트리거 되는 실시예들에서, 트랜지스터들(291a, 291b 및 291c)(각각 SEL1, SEL2 및 SEL3)은 조건 검출기의 상응하는 트리거 신호들(각각 "선택1", "선택2" 및 "선택3"으로 표기)에 응답하여 노출측정 회로(들)로부터의 측정을 활성화할 수 있다. 이에 응답하여, 트랜지스터들(289a, 289b 및 289c)(각각 SF1, SF2 및 SF3)은 각각의 노드들(279a, 279b 및 279c)(각각 FD1, FD2 및 FD3)에 대한 소스 팔로워(source follower)로서 기능할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 외부 판독 시스템(미도시)은, 예를 들어, 노출측정 회로가 임계적 수의 클럭 사이클 동안 트리거 되지 않은 경우, 상응하는 조건 검출기에 관계없이 해당 노출측정 회로를 선택할 수 있다. 이같은 실시예들에서 조건 검출기는 외부 래치 또한 활성화함으로써, 외부 래치를 이용하여 (예를 들어, 상응하는 로우 및 컬럼 전송 신호들을 이용하여) 판독 시스템이 어떤 노출측정 회로를 클럭해야 하는지 결정하도록 할 수 있다. 대안적으로, 판독 시스템은 모든 노출측정 회로들을 클럭한 다음, 후처리로서 인에이블 되지 않은 외부 래치들과 대응하는 노출측정 회로들의 임의의 측정들을 버릴 수도 있을 것이다.
마지막으로, 도 2c의 시스템(270)과 유사하게, 트랜지스터군(283a, 283b 및 283c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)은, 예를 들어, 신호(VFD)가 ADC(미도시)로 전송된 다음, 새로운 측정을 위해 노드(279a, 279b 및 279c)를 각각 리셋 시킬 수 있다. 트랜지스터(283a, 283b 및 283c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)의 게이트들은 도 2e에서 각각 "리셋1", "리셋2" 및 "리셋3"으로 표기된 대응 신호들에 의해 제어될 수 있다.
도 2f는 하나의 센싱 노드를 공유하고 개별적 전송 신호를 갖는 3개의 노출측정 서브-픽셀을 포함하는 시스템(290')의 개략도이며, 노출시간(즉, 적분에 대해 공통으로 개시하지만 상이한 종료시간)을 달리 하는 것이 가능하다. 시스템(290')은 컬럼-레벨 ADC 및 외부 래치 동작과 함께 사용하는데 적합할 수 있다. 판독 트리거의 경우 여전히 슈퍼-픽셀의 조건 검출기에 의해 제어된다.
대안적으로, 시스템(290')은 본 설명에서의 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는데 적합할 수 있다. 또한, 시스템(270')은 조건 검출기를 갖는 슈퍼-픽셀로서, 트리거 신호들을 출력하지만 노출측정 회로들을 제어하지 않는 것에 적합할 수 있으며, 이 경우 노출측정 회로는 대신 외부 판독 트리거에 의해 제어된다(예를 들어, 전체 픽셀 어레이를 판독하는 표준 프레임 모드 구현)
도 2f에 도시된 바와 같이, 각각의 감광요소들(예를 들어, 요소(271)(PDEM1), 요소(273)(PDEM2) 및 요소(275)(PDEM3))은 대응하는 신호(예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)를 가질 수 있고, 각 감광요소의 노드들(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어, PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 기생용량으로 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터(277a, 277b 및 277c)(각각 TGX1, TGX2 및 TGX3)는 적분된 신호를 각 노드들(279d, 279e 및 279f)(각각 MEM1, MEM2 및 MEM3)로 동시에 전송하여 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2f에 도시된 바와 같이, 노드(279d)는 커패시터(281a)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있고; 노드(279e)는 커패시터(281b)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있으며; 노드(279f)는 커패시터(281c)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2f의 예에서, 각각의 트랜지스터는 글로벌 셔터로부터의 신호(예를 들어, 도 2f의 예에서 "전송 X"로 표기)로 제어된다. 예를 들어, 시스템(290')을 구성하는 일 로우(row)를 선택할 때 주기적인 글로벌 외부 신호를 통해 "전송 X" 신호를 활성화할 수 있다. 그에 따라 고정된 제 1 클럭 사이클 중에 전하 전송이 발생될 수 있다.
트랜지스터들(277d, 277e 및 277f)(각각 TGY1, TGY2 및 TGY3)은 고정된 제 2 클럭 사이클에 적분된 신호를 노드(297)(FD)로 전송함으로써 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2f에 도시된 바와 같이, 노드(297)는 커패시터(298)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2f의 예에서, 각각의 트랜지스터는 주기적인 제 2 글로벌 외부 신호(예를 들어, 각각 "전송 Y1", "전송 Y2" 및 "전송 Y3"로 표기)에 의해 제어된다.
제 3 트랜지스터군(287a, 287b 및 287c)(각각 TOV1, TOV2 및 TOV3)의 트랜지스터들은 각각 오버플로우 게이트로서 기능하며, 전송된 전압(VFD)의 출력 전에 부호 반전을 일으키는 것을 방지하도록 포토다이오드를 리셋 시킬 수 있다.
제 4 트랜지스터군(289(SF) 및 291(SEL))은 노출측정 회로로부터의 선택 및 판독을 제어할 수 있다. 예를 들어, 노출측정이 조건 검출기에 의해 트리거 되는 실시예들에서, 트랜지스터(291)(SEL)는 조건 검출기의 상응하는 트리거 신호("선택"으로 표기)에 응답하여 노출측정 회로로부터의 측정을 활성화할 수 있다. 이에 응답하여, 트랜지스터(289)(SF)는 노드(297)(FD)에 대한 소스 팔로워로서 기능할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 외부 판독 시스템(미도시)은, 예를 들어, 노출측정 회로가 임계적 수의 클럭 사이클 동안 트리거 되지 않은 경우, 상응하는 조건 검출기에 관계없이 해당 노출측정 회로를 선택할 수 있다. 이같은 실시예들에서 조건 검출기는 외부 래치 또한 활성화함으로써, 외부 래치를 이용하여 (예를 들어, 상응하는 로우 및 컬럼 전송 신호들을 이용하여) 판독 시스템이 어떤 노출측정 회로를 클럭해야 하는지 결정하도록 할 수 있다. 대안적으로, 판독 시스템은 모든 노출측정 회로들을 클럭한 다음, 후처리로서 인에이블 되지 않은 외부 래치들과 대응하는 노출측정 회로들의 임의의 측정들을 버릴 수도 있을 것이다.
제 2 트랜지스터(299)(RS1)는 예를 들어, 적분된 신호가 ADC(미도시)로 순차적으로 전송된 이후 새로운 측정을 위해 노드(297)(FD)를 리셋 시키는데 사용될 수 있다. 트랜지스터(299)(RS1)의 게이트는 도 2f에서 "리셋"으로 표기된 신호에 의해 제어될 수 있다.
도 2g는 개별 센싱 노드를 갖고 개별적인 전송 신호를 갖는 3개의 노출측정 서브-픽셀을 포함하는 시스템(250')의 개략도이다. 각각의 센싱 노드를 상이한 커패시턴스를 갖도록 구성하여 상이한 전하-대-전압 변환 이득이 가능할 수 있다. 이같은 설계는, 예를 들어, HDR(high-dynamic range) 동작들에 바람직하다. 이 시스템(250')은 컬럼-레벨 ADC 및 외부 래치 동작과 함께 사용하는것에 적합할 수 있다. 판독 트리거의 경우 여전히 슈퍼-픽셀의 조건 검출기에 의해 제어된다.
시스템(250')은 본 설명에서의 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는데 적합할 수 있다. 또한, 시스템(250')은 조건 검출기를 갖는 슈퍼-픽셀로서, 트리거 신호들을 출력하지만 노출측정 회로들을 제어하지 않는 것에 적합할 수 있으며, 이 경우 노출측정 회로는 대신 외부 판독 트리거에 의해 제어된다(예를 들어, 전체 픽셀 어레이를 판독하는 표준 프레임 모드 구현).
도 2g의 경우, 각각의 감광요소들(예를 들어, 요소(251)(PDEM1), 요소(253)(PDEM2) 및 요소(255)(PDEM3))은 대응하는 신호들(예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)을 가질 수 있고, 이들 신호들은 각 감광요소의 노드들(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어, PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 다른 기생용량으로 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터들(257a, 257b 및 257c)(각각 TG1, TG2 및 TG3)은 적분된 신호를 각각 노드들(259a, 259b 및 259c)(각각 FD1, FD2 및 FD3)로 전송하여 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2g에 도시된 바와 같이, 노드(259a)는 커패시터(261a)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있고; 노드(259b)는 커패시터(261b)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있으며; 노드(259c)는 커패시터(261c)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 이들 전송은 센싱 노드들의 리셋 후에 주기적인 제 1 외부 신호들에 의해 제어된다.
제 2 트랜지스터군(263a, 263b 및 263c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)은, 새로운 판독 이전에, 예를 들어, 신호(VFD)가 ADC(미도시)로 전송되기 전에, 그리고 새로운 측정 이전에, 노드들(259a, 259b 및 259c)를 각각 리셋시킬 수 있다. 트랜지스터(263a, 263b 및 263c)(각각 RS1, RS2 및 RS3)의 게이트들은 도 2g에서 각각 "리셋1", "리셋2" 및 "리셋3"으로 표기된 주기적인 제 2 외부 신호에 의해 제어될 수 있다.
제 3 트랜지스터군((289a, 289b 및 289c)(각각 SF1, SF2 및 SF3) 및 (291a, 291b 및 291c)(각각 SEL1, SEL2 및 SEL3))는 노출측정 회로로부터의 선택 및 판독을 제어할 수 있다. 예를 들어, 노출측정이 조건 검출기에 의해 트리거 되는 실시예들에서, 트랜지스터들(291a, 291b 및 291c)(각각 SEL1, SEL2 및 SEL3)은 조건 검출기의 상응하는 트리거 신호(각각 "선택1", "선택2" 및 "선택3"으로 표기)에 응답하여 노출측정 회로로부터의 측정을 활성화할 수 있다. 이에 응답하여, 트랜지스터들(289a, 289b 및 289c)(각각 SF1, SF2 및 SF3)은 각 노드들(279a, 279b 및 279c)(각각 FD1, FD2 및 FD3)에 대한 소스 팔로워로서 기능할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 외부 판독 시스템(미도시)은, 예를 들어, 노출측정 회로가 임계적 수의 클럭 사이클 동안 트리거 되지 않은 경우, 상응하는 조건 검출기에 관계없이 해당 노출측정 회로를 선택할 수 있다. 이같은 실시예들에서 조건 검출기는 외부 래치 또한 활성화함으로써, 외부 래치를 이용하여 (예를 들어, 상응하는 로우 및 컬럼 전송 신호들을 이용하여) 판독 시스템이 어떤 노출측정 회로를 클럭해야 하는지 결정하도록 할 수 있다. 대안적으로, 판독 시스템은 모든 노출측정 회로들을 클럭한 다음, 후처리로서 인에이블 되지 않은 외부 래치들과 대응하는 노출측정 회로들의 임의의 측정들을 버릴 수도 있을 것이다.
도 2h는 동일한 센싱 노드를 공유하고 개별 전송 신호들을 갖는 3개의 노출측정 서브-픽셀을 포함하는 시스템(290'')의 개략도이며, 노출시간(즉, 적분에 대해 공통으로 개시하지만 상이한 종료시간)을 달리 하는 것이 가능하다.
이 시스템(290'')은 컬럼-레벨 ADC 및 외부 래치 동작과 함께 사용하는 것에 적합할 수 있다. 판독 트리거의 경우 여전히 슈퍼-픽셀의 조건 검출기에 의해 제어된다. 대안적으로, 시스템(290'')은 본 설명에서의 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에 사용하는 것에 적합할 수 있다. 또한, 시스템(290'')은 조건 검출기를 갖는 슈퍼-픽셀로서, 트리거 신호들을 출력하지만 노출측정 회로들을 제어하지 않는 것에 적합할 수 있으며, 이 경우 노출측정 회로는 대신 외부 판독 트리거에 의해 제어된다(예를 들어, 전체 픽셀 어레이를 판독하는 표준 프레임 모드 구현).
도 2h에 도시된 바와 같이, 각 감광요소들(예를 들어, 요소(271)(PDEM1), 요소(273)(PDEM2) 및 요소(275)(PDEM3))은 대응 신호들(예를 들어, Iph1, Iph2 및 Iph3)을 가질 수 있고, 이들 신호들은 각 감광요소의 노드들(예를 들어, 대응하는 포토다이오드 노드, 예를 들어 PDEM1, PDEM2 및 PDEM3의 캐소드)의 기생용량에 누적된다. 그에 따라, 트랜지스터들(277a, 277b 및 277c)(각각 TG1, TG2 및 TG3)은 적분된 신호를 노드(297)(FD)에 순차적으로 전송하여 전압 출력신호(VFD)를 생성한다. 도 2h의 도시와 같이, 노드(297)는 커패시터(298)로 인한 커패시턴스 및/또는 노드에서의 기생용량을 가질 수 있다. 또한, 도 2h의 예에서, 트랜지스터는 주기적인 제 1 외부 신호에 의해 (예를 들어, 각각 "전송1", "전송2" 및 "전송3"으로 표기된 신호를 통해) 제어된다. 제 2 트랜지스터(299)(RS1)는, 예를 들어, 신호(VFD)가 ADC(미도시)로 전송되기 전에 그리고 새로운 측정 전에, 새로운 측정을 위해 노드(297)를 리셋시킬 수 있다. 트랜지스터(299)(RS1)의 게이트는 도 2h에서 "리셋"으로 표기된 주기적인 제 2 외부 신호에 의해 제어될 수 있다.
지금까지의 3개의 노출측정 서브-픽셀들을 사용하여 설명하였지만, 도 2b 내지 도 2h에 도시된 구조들은 임의의 수의 노출측정 서브-픽셀들에 대해 구현 가능한 것이다. 예를 들어, 2개의 노출측정 서브-픽셀들이 사용되거나 3개를 초과하는 노출측정 서브-픽셀들이 사용될 수 있다.
도 3a는 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1a의 슈퍼-픽셀(100), 또는 도 1b 내지 도 1d의 임의의 다른 슈퍼-픽셀)에서 사용하는데 적합한 아날로그-대-디지털 변환기(300)의 개략도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, ADC(300)는 n-비트 램프 아날로그-대-디지털 변환기로 구성될 수 있다. 그에 따른 ADC는, 단일-기울기(single-slope) 램프 또는 다중-기울기(multi-slope) 램프 유형의 아날로그-대-디지털 변환기와 같은 디지털 램프 아날로그-대-디지털 변환기일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면 다른 ADC가 본 설명에 따른 슈퍼-픽셀에 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
추가로 도 3a에 나타낸 바와 같이, 슈퍼-픽셀 제어회로의 제어로직은 ADC가 인에이블된 경우에만 디지털 데이터를 출력하도록 ADC를 제어한다. 또한, 슈퍼-픽셀의 조건 검출기에 의해 기동되는 인에이블(또는 "파워 업")은, 예를 들어, ADC(300)의 비교기(303)로 전력을 공급하는 것 등에 의하여, ADC(300)를 활성화 시킬 수 있다. ADC(300)의 비교기(303)는 외부로부터, 슈퍼-픽셀의 노출측정 서브-픽셀로부터의 출력신호(VFD)가 외부 제어회로로부터의 램프 전압(V램프)과 함께 공급된다. 램프 코드(예를 들어, 램프 상승의 타이밍 제어) 역시 ADC를 제어하기 위해 외부로부터 공급될 수 있고, 그밖의 다른 램프 제어("제어"로 표기)들 또한 외부에서 ADC로 입력될 수 있다. 그에 따라, 다수의 래치들(305)(비트 수에 의해 결정)이, 램프 코드에 기초하여 비교기(303)로부터의 데이터와 read/write 제어들을 이용하여 세트된다. 래치(305)의 컨텐츠는 (예를 들어, 외부 판독 시스템(미도시)에 의해) 판독될 수 있고, ADC 제어로직(301)은 슈퍼-픽셀(미도시) 제어회로의 제어로직에게 "클리어" 신호를 전송할 수 있다.
도 3b는 슈퍼-픽셀(예를 들어, 도 1c의 슈퍼-픽셀(100''))에서 사용하기 위한 대안적인 아날로그-대-디지털 변환기(350)를 보여준다. 도 3b에서, 비교기(360)는 트랜지스터들의 쌍으로 구성될 수 있으며, 제 1 트랜지스터(361a)는 복수의 서브-픽셀들의 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(예를 들어, 서브-픽셀(370)의 제 2 트랜지스터(361b), 서브-픽셀(380)의 제 2 트랜지스터(361c) 등)와 커플되도록 배치된다.
도 3b의 복수의 서브-픽셀들은 도 2a 내지 도 2h에서 설명한 임의의 예들과 유사하게 구성될 수 있다. 도 3b의 예에서, 서브-픽셀(370)은 트랜지스터(375)(TGT1)를 통해 노드(379)(FD)에 적분된 신호를 생성하는 감광요소(PDEM1)를 포함한다. 또한, 서브-픽셀(370)의 제 2 트랜지스터(373)(RST1)는 새로운 측정을 위해, 예를 들어, 신호가 ADC의 비교기(360)로 전송된 후, 노드(379)(FD)를 리셋 시킬 수 있다. 서브-픽셀(370)의 제 3 트랜지스터(377)(OVGT1)는, ADC의 비교기(360)에 의해 사용될 때, 전송된 전압(VFD)에 부호 반전이 없도록 보장하는 오버플로우 게이트로서 기능하며, 제 4 트랜지스터(371)(SEL1)는 서브-픽셀(370)로부터의 선택 및 판독을 제어할 수 있다. 같은 방식으로 도 3b의 서브-픽셀(380)은, 트랜지스터(385)(TGT2)를 통해 노드(389)(FD)에 적분된 신호를 생성하는 감광요소( PDEM2)를 포함한다. 또한, 그 제 2 트랜지스터(383)(RST2)는 새로운 측정을 위해, 예를 들어, 신호가 ADC의 비교기(360)로 전송된 후, 노드(389)(FD)를 리셋 시킬 수 있다. 제 3 트랜지스터(387)(OVGT2) 또한 ADC의 비교기(360)에 의해 사용될 때, 전송된 전압(VFD)의 부호 반전이 없도록 보장하는 오버플로우 게이트로서 기능할 수 있고, 제 4 트랜지스터(381)(SEL2)는 서브-픽셀(370)로부터의 선택 및 판독을 제어할 수 있다.
도 4는, 설명된 실시예들에 따라 복수의 슈퍼-픽셀들을 갖는 이미지 센서를 제어하기 위한 방법(400)의 예시적 흐름도이다. 도 4의 방법(400)은 본 발명에서 설명된 임의의 슈퍼-픽셀들, 즉 도 1a의 슈퍼-픽셀(100) 또는 도 1b 내지 도 1d의 임의의 다른 슈퍼-픽셀을 사용하여 실행될 수 있을 것이다.
단계 401에서, 슈퍼-픽셀은 제 1 감광요소에 입사되는 광에 비례하는 제 1 아날로그 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 것처럼, 감광요소(101)는 자신에게 입사되는 광에 비례하는 제 1 아날로그 신호(예를 들어, Iph 또는 전압 신호)를 생성할 수 있다.
단계 403에서, 슈퍼-픽셀은 제 1 아날로그 신호가 조건에 매칭될 때 트리거 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바에 따라, 조건 검출기(105)(CD)는 제 1 아날로그 신호가 임계값을 초과할 때 트리거 신호(예를 들어, 위에서 설명된 예에서 "세트")를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 슈퍼-픽셀의 조건 검출기(CD)는 시스템 클럭과 비동기적으로 상기 조건을 검출할 수 있다.
단계 405에서, 트리거 신호에 응답하여, 슈퍼-픽셀은 노출측정 회로를 인에이블 시킬 수 있다. 예를 들어, 설명된 바와 같이, 제어로직(111)은 트리거 신호("세트")에 응답하여 ADC(109)를 인에이블 시킬 수 있다. 노출측정 서브-픽셀(107)(또는 노출측정 서브-픽셀들(107a, 107b, 107c) 등)이 시스템 클럭에 의해 동기화되지 않는 일부 실시예들의 경우(예를 들어, 도 2에 대한 앞서 설명과 같이, "리셋" 및 "전송"과 같은 주기적인 제어신호를 수신하지 않음), 트리거 신호("세트")에 응답하여 제어로직(111)이 노출측정 서브-픽셀(107)(또는 노출 측정 서브-픽셀들(107a, 107b, 107c) 등)을 인에이블 시킬 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제어로직(111)은 서브-픽셀이 주기적인 제어신호들을 수신하고 그에 따라 감광요소로부터 수신된 신호들을 적분하도록 인에이블 하는 것에 의하여(도 2에 관한 앞서 설명과 같이), 노출측정 서브-픽셀(107)(또는 노출측정 서브-픽셀들(107a, 107b, 107c) 등)을 인에이블 시킬 수 있다.
단계 407에서, 슈퍼-픽셀은 적어도 하나의 제 2 감광요소에 입사되는 광에 비례하는 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 대한 설명과 같이, 감광요소(103)는 자신에게 입사되는 광에 비례하는 제 2 아날로그 신호(예를 들어, Iph 또는 전압 신호)를 생성할 수 있다. 단계 405에서 설명한 것처럼, 일부 실시예들에서, 노출측정 서브-픽셀(107)(또는 노출 측정 서브-픽셀(107a, 107b, 107c) 등)은 제 2 아날로그 신호를 수신할 수 있지만, 조건 검출기(105)로부터의 트리거 신호에 응답하여 주기적인 제어신호들을 수신할 때까지는, 이를 적분하지는 않는다. 다른 실시예들에서, 노출측정 서브-픽셀(107)(또는 노출 측정 서브-픽셀(107a, 107b, 107c) 등)은 시스템 클럭에 따라 주기적인 제어신호들을 수신할 수 있고, 그에 따라 같은 방식으로 상기 수신된 제 2 아날로그 회로를 적분할 수 있다.
단계 409에서, 노출측정 회로를 사용하여, 슈퍼-픽셀은 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 대해 설명한 바와 같이, ADC(109)가 인에이블 된 후, ADC(109)는 노출측정 서브-픽셀(107)(또는 노출측정 서브-픽셀(107a, 107b, 107c) 등)로부터의 제 2 아날로그 신호(예를 들어, VFD)를 디지털 데이터(예를 들어, "dig pix data")로 변환하고, 이를 외부 판독 시스템에 출력할 수 있다.
단계 411에서, 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 슈퍼-픽셀은 노출측정 회로를 디세이블 시킬 수 있다. 예를 들어, 도 1에 대한 설명과 같이, ADC(109)는 변환 및/또는 출력에 응답하여 "클리어" 신호를 생성할 수 있으며, 제어로직(111)은 이를 이용하여 ADC(109)를 디세이블 시키는데 이용할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, ADC(109)는 변환 및/또는 출력 후에 자동적으로 (V램프, 램프 코드 등과 같은) 외부 제어신호에 대한 응답을 중지시킬 수 있다.
도 5a는, 도 2a의 노출측정 서브-픽셀 시스템을 사용하고 도 1a 또는 도 1b의 슈퍼-픽셀을 통해 제어하여 생성되는 신호들의 타이밍을 보여준다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 리셋 신호는 예를 들어, 시스템 클럭에 따라, 외부 판독 시스템에서 노출측정 서브-픽셀(107)로 전달될 수 있다. 또한, 전송 신호는 예를 들어, 시스템 클럭에 따라, 외부 판독 시스템에서 노출측정 서브-픽셀(107)로 전달될 수 있다. 노출측정 서브-픽셀(107)은 그에 따라, 노출측정 서브-픽셀에 포함된 감광요소(103)로부터의 아날로그 신호에 대한 적분을 개시할 수 있으며, ADC(109)에 제공되는 아날로그 신호(VFD)를 생성한다. 부가적으로, 도 5a에 도시되지는 않았지만, 예를 들어, 조건 검출기(105)의 감광요소(101)로부터의 아날로그 신호가 조건에 매칭되는지를 검출하는 것에 응답하여, 조건 검출기(105)로부터의 신호가 ADC에 전달될 수 있다. 그에 따라 ADC(109)는, 예를 들어, 램핑 절차를 사용하여 VFD에 대한 디지털 데이터로의 변환을 시작할 수 있다.
램프 ADC를 사용하는 실시예들의 경우 도시된 램프 코드는, 외부 판독 시스템으로부터 ADC(109)로 제공될 수 있다. ADC(109)의 대응하는 래치들은 상기 램프 코드를 사용하여 아날로그 신호(VFD)를 n-비트 데이터(ADC(109)의 아키텍처에 의해 결정된 비트 수)로 변환할 수 있다. ADC(109)는 판독 주변장치를 통해 상기 데이터를 출력하고 다음 변환을 위해 ADC(109)의 래치들을 리셋 시킬 수 있다. 도 5a에 도시되지 않았지만, ADC(109)는 아날로그 신호변환/디지털 데이터 출력에 후속하여 자동으로 디세이블 될 수 있다.
도 5b는 도 2b의 노출측정 서브-픽셀 시스템을 사용하고 도 1c의 슈퍼-픽셀을 통해 제어하여 생성되는 신호들의 타이밍을 보여준다. 도 5b는 도 5a의 신호와 유사하지만, 하나의 ADC(109)와 짝을 이루고 2개의 아날로그 신호들(VFD1 및 VFD2)을 생성하는 2개의 노출측정 서브-픽셀들(107a 및 107b)을 포함한다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 적분은 동시에 수행되고, 판독은 순차적으로 실행된다. 그에 따라, 동일한 시간에 획득된 측정에 대하여 순차적 판독들에는 보정된 측정들을 포함한다. 그러므로, 보정된 데이터를 얻기 위하여 노출측정 서브-픽셀의 이득 및/또는 컬러 필터를 달리 할 수 있다.
도 5c는, 도 2c의 노출측정 서브-픽셀 시스템을 사용하고 도 1c의 슈퍼-픽셀을 통해 제어할 때 생성되는 신호들의 타이밍의 예시를 보여준다. 도 5c는 도 5a의 신호와 유사하지만, 하나의 ADC(109)와 짝을 이루고 2개의 아날로그 신호(VFD1 및 VFD2)를 생성하는 2개의 노출측정 서브-픽셀(107a 및 107b)을 포함한다. 도 5c에 나타낸 바와 같이, 적분은 동시에 개시되지만 노출시간(즉, "노출시간 1" 및 "노출시간 2")을 달리 한다. 그에 따라, 순차적 판독들에는 상이한 시간들에 대한 보정된 측정들을 포함한다. 그러므로 상기 보정된 데이터는 HDR(high-dynamic range) 이미징에 적용될 수 있다.
도 5d는 도 2d의 노출측정 서브-픽셀 시스템을 사용하고 도 1c의 슈퍼-픽셀을 통해 제어하여 생성되는 신호들의 타이밍을 보여준다. 도 5d는 도 5a의 신호와 유사하지만, 2개의 노출측정 서브-픽셀들(107a 및 107b)에 따른 아날로그 신호(VFD)가 하나의 ADC(109)에 대하여 동일한 센싱 노드로 결합되어 순차적으로 전달된다. 도 5d에 나타낸 바와 같이, 적분은 동시에 개시되지만 노출시간(즉, "노출시간 1" 및 "노출시간 2")을 달리 한다. 그에 따라 순차적인 판독들은 상이한 시간들에 걸쳐 얻는 (시간상) 중첩되어 보정된 측정들을 포함한다. 그러므로, 보정 데이터는 HDR(high-dynamic range) 이미징에 적용될 수 있다.
도 5e는, 도 3b의 노출측정 서브-픽셀 시스템을 사용하고 슈퍼-픽셀을 통해 제어하여 생성되는 신호들의 타이밍을 보여준다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 리셋 신호는 예를 들어, 시스템 클럭에 따라 외부 판독 시스템에 의해 노출측정 서브-픽셀들(370 및 380)로 전달될 수 있다. 또한, 전송 신호는 예를 들어, 시스템 클럭에 따라, 외부 판독 시스템에 의해 노출측정 서브-픽셀들(370 및 380)로 전달될 수 있다. 따라서, 노출측정 서브-픽셀들(370 및 380)은 노출측정 서브 픽셀의 감광요소들에서 ADC의 비교기(360)로 제공되는 아날로그 신호에 대하여 아날로그 신호의 적분을 시작할 수 있다. 부가적으로, 도 5e에 도시되지 않았지만, 예를 들어, 조건 검출기(105)의 감광요소(101)로부터의 아날로그 신호가 조건에 매칭된다는 것을 검출하는 것에 응답하여, 조건 검출기(105)로부터의 신호가 ADC에 전달될 수 있다. 그에 따라 ADC는, 예를 들어 램핑 절차를 사용하여, 서브-픽셀들(370 및 380)의 아날로그 신호에 대한 디지털 데이터로의 변환을 시작할 수 있다.
도 5e에 부가적으로 도시된 것처럼, 서브-픽셀들(370 및 380)로부터의 아날로그 신호들을 적분하는 중에 내부의 리셋 전압들이 판독 시스템으로 출력될 수 있다. 일부 실시예들에서, ADC는 그 출력 전에 리셋 전압들을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 후속하여, 서브-픽셀들(370 및 380)의 감광요소들에 입사되는 광에 비례하는 아날로그 신호가 출력될 수 있다. 그에 따라, 도 5e의 실시예에서, 출력 아날로그 신호들과 리셋 전압들을 사용하여 하나 또는 그 이상의 노이즈 억제 및/또는 미스매치 정정이 수행될 수 있다.
도 6a는, 본 설명에 따른 도 1a의 슈퍼-픽셀(100) 또는 도 1b 내지 도 1d의 다른 슈퍼-픽셀들 중 임의의 것과 같은 슈퍼-픽셀에서 사용하기에 적합한 조건 검출기(600)를 예시적으로 보여준다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 트랜지스터들(603)의 어레이(예를 들어, Mp11, Mp12, Mp13, Mp14, Mp21, Mp22, Mp23, Mp24, Mp31, Mp32, Mp33 및 Mp34)는 감광요소(601)(PDCD)의 출력(Iph)에 비례하는 아날로그 신호 Vph(예를 들어, Vph는 Iph와 대수적(logarithmic) 관계임)를 증폭할 수 있고, 증폭된 신호 Vgp1을 출력한다. 어레이(603)는 Vph를 수신하는 입력단자와 Vgp1을 출력하는 출력단자에 부가하여, VqDC와 같은 하나 또는 그 이상의 제어단자를 더 가질 수 있다. 제어단자는 예를 들어, 입력(및/또는 출력)의 오프셋을 시프팅함으로써 Vph의 증폭을 제어할 수 있다. 부가적인 단자들(Vq 및 VDD)은 어레이(603)의 증폭 레벨을 제어할 수 있다.
조건 검출기(600)는 히스테리시스를 갖는 한 쌍의 비교기들(605)을 더 포함할 수 있다. 이들 한 쌍의 비교기들(605)은 VO + 및 VO -를 출력할 수 있고, 그에 따라 각각 전류 소스(607a(Vpch) 및 607b(Vnch))를 활성화할 수 있다. 전류 소스들(607a 및 607b)은 정해진 값의 전류를 생성할 수 있고 커패시터(609)를 충전(또는 방전)시킬 수 있다. 커패시터(609)의 전압은 전압 팔로워를 통해 어레이(603)로, 예를 들어 제어단자 VqDC를 통해 공급된다. 따라서, 감광요소(601)로 입사되는 광이 증가함에 따라, 소스(607a)로부터의 전류가 증가하여 어레이(603)에 의해 형성되는 증폭기의 오프셋을 증가시킨다. 그에 따라, 비교기들 쌍(605)에 대한 입력이 제로에 도달할 때까지 감소할 것이고, 로직(611)은 "세트" 신호를 출력할 것이다. 비슷하게, 감광요소(601)에 입사되는 광이 감소함에 따라, 소스(607b)로부터의 전류가 증가하여 어레이(603)에 의해 형성되는 증폭기의 오프셋을 감소시킨다. 따라서, 비교기들 쌍(605)에 대한 입력이 제로에 도달할 때까지 상승할 것이고, 로직(611)은 "세트" 신호를 출력하게 될 것이다. 일부 실시예들에서, 로직(611)은 또한 (외부 판독 시스템과 함께 "Req" 및 "Ack"로 표기된) 핸드쉐이크에 관여할 것이다.
도 6b는 도 1a의 슈퍼-픽셀(100) 등과 같은 본 설명의 슈퍼-픽셀에 사용하는데 적합한 조건 검출기(650)의 다른 예시이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 조건 검출기(650)는 감광요소(601)(PDCD)에 연결되는 증폭기(651)(-A1)를 포함한다. 증폭기(651)(-A1)는 유니티 게인(unity gain) 증폭기일 수 있고, 일부 실시예들에서, 증폭기(651)(-A1)는 반전형일 수 있다. 커패시터(653)(C1)가 증폭기(651)(A1)에 연결될 수 있다.
조건 검출기(650)는, 병렬로 접속되는 증폭기(655)(-A2)와 커패시터(657)(C2), 리셋 스위치(659)를 더 포함할 수 있으며, 공통 노드를 통해 커패시터(653)(C1)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 조건 검출기(650)가 제어신호(예를 들어, 외부 판독 시스템으로부터의 확인 신호)를 수신할 때, 리셋 스위치(659)가 단락회로로 닫히면서 검출기가 새로운 검출을 준비할 수 있다. 대안적으로, 조건 검출기(650)는 이하 설명하는 바와 같이, 세트 신호를 출력한 후에 자동으로 리셋 되도록 구성할 수도 있다.
증폭기(651)(-A1)(반전 증폭기일 수 있음)는 커패시터(653)(C1)로부터의 전압 변화들을 증폭하며, 이러한 변화들은 설정된 전압 레벨인 Vdiff(즉, 이전 리셋 신호에서 커패시터(651)(C1)의 전압 레벨)과의 편차들이다. 일부 실시예들에서, 증폭기(651)는 트랜지스터(661)에 의해 제어될 수 있고, 그에 따라 증폭기(651)는 슈퍼-픽셀의 논리회로에서 세트 신호와 같은 제어에 응답하여 증폭만 수행할 수 있다. Vdiff가 음의 방향으로 임계값을 교차할 때마다, "- 이벤트" 트리거 신호가 "로직 및 AER 핸드쉐이크 회로"로 전송되고, 슈퍼-픽셀의 제어로직에게 세트 신호를 전달한다. 유사하게, Vdiff가 양의 방향으로 임계값(위와 동일한 임계값이거나 다른 임계값일 수 있음)을 교차할 때마다 "+ 이벤트" 트리거 신호가 "로직 및 AER 핸드쉐이크 회로"로 전송되고, 슈퍼-픽셀의 제어로직에게 세트 신호가 전달된다. 그에 따라, 검출기는 임계값을 초과하는 강도의 상승들은 물론 동일 또는 상이한 임계값 아래로 광 강도가 감소하는 경우들을 검출할 수 있다.
검출기의 예시로서 도 6a 또는 도 6b의 아키텍처로서 설명하였지만. 감광요소(예를 들어, PDCD)에 입사되는 광에 비례하는 신호(예를 들어, 전압 또는 전류)를 하나 이상의 미리 설정된 조건들과, 즉 하나 또는 그 이상의 임계값 등과 비교를 수행하는데 적합하도록 임의의 다양한 검출기를 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 비교를 수행하도록 배치되는 트랜지스터들과 커패시터들, 스위치들 및/또는 다른 회로 구성요소들의 임의의 조합이 본 발명의 이미지 센서에 사용될 수 있을 것이다.
도 7은 도 6b의 검출기(650)에 의해 생성된 트리거들을 그래픽으로 보여준다. 도 7에서, Vp는 검출기(650)의 커패시터(651)(C1) 전압을 나타내며, 따라서 감광요소(601)(PDCD)에 입사되는 광에 비례하는 전압이다. Vdiff 또한 Vp의 반전/증폭된 버전으로서 검출기(650)의 전압 신호이며, 따라서 감광요소(601)(PDCD)로부터의 출력에 비례한다. 도 7에 부가적으로 도시된 것처럼, Vp의 증가("+ 이벤트"로 도시)와 Vp의 감소("- 이벤트"로 도시) 모두 세트 신호를 생성하도록 한다. Vdiff는 Vp의 반전/증폭된 버전이기 때문에, Vp의 증가는 Vdiff의 감소로 나타나고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 나아가, 도 7에서 "+ 임계값"과 "- 임계값"이 (크기가) 어떻게 동일하게 설정되는지를 보여주기도 하지만 서로 달리 설정될 수 있음을 보여주기도 한다. 마지막으로, 도 7은 (예를 들어, 리셋 스위치(659)를 단락시킴으로써) 각각의 트리거 이후 Vdiff가 어떻게 베이스라인("리셋 레벨"로 도시)으로 리셋 되는지를 보여준다.
도 8은 조건 검출기(예, CD(101))와 노출측정 서브-픽셀들(예, EM(107))의 포토다이오드들에 대한 가능한 기하학적 배치들(810, 820 및 830)을 보여주며, 포토다이오드들과 관련 회로들(예, CD(105), EM(107))의 연결을 보여주는 개략도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 복수의 노출측정 서브-픽셀들(EM)(예를 들어, 슈퍼-픽셀(810)의 경우 3개의 EM, 슈퍼-픽셀(820)의 경우 8개의 EM, 슈퍼-픽셀(830)의 경우 5개의 EM 등)이 슈퍼-픽셀의 일 조건 검출기(CD)와 짝을 이룰 수 있다. 나아가, 도 8의 슈퍼-픽셀(810)에 도시된 바와 같이, 복수의 EM들이 슈퍼-픽셀의 동일한 아날로그-대-디지털 변환기(ADC)에 모두 연결될 수 있고, EM들로부터 측정을 순차적으로 판독하게 된다. 슈퍼-픽셀(810) 하나에만 도시하였지만, 도 8의 슈퍼-픽셀(820) 및 슈퍼-픽셀(830)에도 동일한 연결 스킴이 적용될 수 있을 것이다. 도 2b 내지 도 2d와 관련하여 설명된 바와 같이, EM들은 개별적으로 또는 중첩하여 적분할 수 있고, 같은 시간에 걸쳐서 또는 상이한 시간들에 걸쳐서 적분을 수행할 수 있다. 그에 따라, 아래에서 설명하는 바와 같이 하나의 슈퍼-픽셀에서 EM의 다양한 특성들이 구현될 수 있다.
도 9는 HDR(high-dynamic range) 이미징 및/또는 RGB 이미징을 제공하는데 적합한 예시적인 슈퍼-픽셀들의 개략도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 슈퍼-픽셀의 개별 EM들에 대하여 (예를 들어, 도 9의 예시적 슈퍼-픽셀(910)과 같이, EM들에 대한 적분 시간을 변화시키는 것에 의하여) 상이한 동적 범위를 적용할 수 있다. 대안적으로, 슈퍼-픽셀의 개별 EM들에 컬러 필터를 적용함으로서, 센서로부터 컬러화된 디지털 데이터를 자동으로 판독하게 할 수도 있다. 도 9의 슈퍼-픽셀(920)과 슈퍼-픽셀(930)은 상이한 범위들에서 사용되도록 컬러 필터들을 조합하는 예시를 보여준다.
나아가, 도 9에 도시되지 않았지만, 도 2b 내지 도 2d에 관련한 설명과 같이, 슈퍼-픽셀 내 복수의 EM들이 가지는 변환 이득들에 변화를 줌으로써, 단일 슈퍼-픽셀로부터 추출되는 데이터의 다양성(diversity)을 높일 수 있다. 상기 변환 이득들에 대한 변화는 컬러 필터들과 함께 부가적으로, 또는 컬러 필터들을 대신하여 설정될 수 있을 것이다.
본 설명의 슈퍼-픽셀들에 따른 이미지 센서들은, 기존의 대부분 이미지 센서들이 동기식 아날로그 데이터를 출력하는 것과 달리, 비동기식 아날로그 데이터에 기초하여 동기식 디지털 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 종래 대부분의 이미지 센서들에서 칩 레벨 변환을 수행하는 것과 다르게, 본 설명에 따른 이미지 센서들은 픽셀 레벨에서 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환될 수 있다. 그에 따라, 기존 이미지 센서들에서 데이터의 후처리가 필요한 것과 달리, 직접 출력된 디지털 데이터를 이용하여 (예를 들어, 비디오 인코딩에 최적인) 차분 이미지(differential image)들을 획득할 수 있을 것이다. 나아가 이미지 센서들의 모든 픽셀들로부터가 아니라, 적어도 클럭 사이클에 따라, 특정 조건들을 충족하는 픽셀들만을 판독함으로써 출력되는 디지털 데이터를 상당히 줄일 수 있다.
본 발명의 설명에 따른 픽셀의 상이한 부분들을 제작함에 있어서, 조건 검출기와 노출측정 서브-픽셀, 그밖의 포토다이오드-관련 회로들에는 특정 전위 하나가 요구되지만, 제어로직과 ADC 등 다른 회로들의 경우, 예를 들어, 제작의 소형화 및/또는 확장성을 얻기 위해 상이한 전위가 필요할 수 있다. 그에 따라, 포토다이오드-관련 회로들에 대한 공급 전압은 타 회로들의 전압과 상이하게 더 높게 정할 수 있다.
그에 따라 일부 실시예들의 경우, 이미지 센서에서 포토다이오드-관련 회로들과 타 회로들을 각각 구현하도록 상이한 반도체 기술들이 적용될 수 있다. 두 가지 회로 유형에 따라 예를 들어, (기본적 기술을 달리하거나, 최소 피처 사이즈가 다르거나, 공급 전압이 다른 등) 2개의 반도체 공정들을 개별적으로 최적화할 수 있다. 이러한 프로세스들의 결과물들은 웨이퍼-대-웨이퍼 적층 기술을 이용하여 일체화될 수 있다.
도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 판독 시스템(1000)의 예시를 보여준다. 판독 시스템(1000)은 본 발명에 설명된 슈퍼-픽셀들과 같은 (예를 들어, 도 1a의 슈퍼-픽셀(100), 도 1b의 슈퍼-픽셀(100'), 도 1c의 슈퍼-픽셀(100'') 또는 도 1d의 슈퍼-픽셀(100''')) 중 임의의 슈퍼-픽셀들의 어레이와 함께 사용될 수 있다. 도 10a의 예에서, 복수의 외부 래치(1001)들은 (예를 들어, 도 1d에 설명된 래치(115)와 유사하게) 현재 클럭 사이클 이전에 여러 슈퍼-픽셀들의 조건 검출기들이 트리거 되었는지를 나타내는 표시들을 저장할 수 있다. 판독 시스템(1000)은 또한, 클럭에 따른 판독을 구현하는 논리회로(1003)와, 복수의 슈퍼-픽셀들로부터 디지털 값들을 저장하기 위한 메모리 어레이, 예를 들어, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)(1005)를 더 포함할 수 있다. SRAM 어레이들로 도시되었지만, 디지털 값들을 저장하기 위한 메모리 어레이는 (또한 여기에 설명되고 도 1d에 관련하여 설명된 인에이블 래치 어레이는) 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 판독-전용 메모리(ROM), 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리 등과 같은 임의의 비일시적 메모리로 구성될 수 있다. 판독 시스템(1000)은 복수의 n-비트 레지스터들, 예를 들어, 레지스터 1009-1, 1009-2, 1009-3,..., 1009-m의 시프트 레지스터 체인을 포함할 수 있고, 대응하는 슈퍼-픽셀들의 ADC들의 n-비트 래치들로부터, 예를 들어, 래치 1007-1, 1007-2, 1007-3,..., 1007-m으로부터 출력을 수신한다. 그에 따라, 도 10a은 m개의 레지스터들로 출력을 전달하는 m개의 슈퍼-픽셀들이 배치되는 예시를 보여준다. 그러나, 대안적인 실시예들로서 하나 또는 그 이상의 ADC가 하나 또는 그 이상의 레지스터를 공유할 수도 있다.
도 10a에 나타낸 바와 같이, 로직(1003)은 매 클럭 사이클마다, n-비트 레지스터들에, 예를 들어, 레지스터(1009-1, 1009-2, 1009-3,..., 1009-m)들에 저장된 컨텐츠를 메모리(1005)로 전달하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서 레지스터(1009-1, 1009-2, 1009-3,..., 1009-m)들은 상관 이중 샘플링(CDS) 동작을 먼저 수행하도록, 예를 들어, 대응하는 슈퍼-픽셀들에서 출력된 디지털 신호들로부터 대응하는 출력 리셋 전압을 감산할 수 있다. 또한, 도 10a의 예시의 로직(1003)은, 레지스터(1009-1, 1009-2, 1009-3,..., 1009-m)들의 어느 것에도 새로운 정보를 갖지 않은 경우, 예를 들어, 인에이블 래치들(1001)이 표시하는 바에 따라, 해당 클럭 사이클을 스킵할 수 있다.
도 10b는 본 설명의 실시예들에 따른 판독 시스템(1000')의 다른 예시를 보여준다. 이 시스템(1000')은 도 10a의 시스템(1000)과 비슷하지만, 복수의 비트(1011-1, 1011-2,..., 1009-(m-1), 1009-m)들을 포함한다. 예를 들어, 각 비트는 각각의 대응하는 슈퍼-픽셀에 대한 인에이블 래치를 구성할 수 있다. 대안적으로, 각 비트는 각각의 대응하는 슈퍼-픽셀의 래치(115)로부터 그 상태(예를 들어, 온(ON) 또는 오프(OFF) 상태, 또는 조건 검출기로부터 아날로그 신호의 저장)를 복사할 수도 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 복수의 비트들은 슈퍼-픽셀로부터 트리거 신호를 수신할 때 대응하는 스위치를 (또는 스위치로서 작동하도록 구성되는 적어도 하나의 트랜지스터를) 활성화시키고, 그에 따라 매 클럭 사이클에서, 활성화된 비트들에 대응하는 레지스터들만 메모리(1005)로 전달될 수 있다.
도 11은 각 슈퍼-픽셀(예, 슈퍼-픽셀(1101a, 1101b) 등)의 ADC들 대신, 컬럼-레벨 ADC(1107)들을 구현하는데 적합한 이미지 어레이(1100)의 예시를 보여준다. 일부 실시예들에서, 앞서 설명된 노출측정 시스템(도 2e의 270', 도 2f의 290', 도 2g의 250', 및/또는 도 2h의 290'')들이 어레이(1100)로서 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 3b의 시스템(350)에서 ADC(1107)들이 사용될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 슈퍼-픽셀들(예, 슈퍼-픽셀(1101a, 1101b) 등)의 조건 검출기들은, 인에이블 래치(1109)들로 대응하는 트리거 신호들을 전달하기 위하여, CD 판독(1105)을 활성화하여 통신할 수 있다. 나아가, 슈퍼-픽셀들(예, 슈퍼-픽셀(1101a, 1101b) 등)의 노출측정 회로들이 적분을 수행하고 컬럼-레벨 ADC(1107)들이 인에이블 래치(1109)들에 기초하여 상응하는 누적된 전하들을 디지털 신호들로 변환한 다음, EM 제어(1103)는 다른 트리거 신호를 준비하도록 대응하는 인에이블 래치(1109)들을 비활성화 시킬 수 있다.
도 12는 연속적인 제어 사이클(N)에 따라, 예를 들어, 도 1d의 슈퍼-픽셀에서, 임의의 비동기 검출 이벤트들(CD)과 관련 (트리거된) 노출측정들(EM) 사이의 일반적 시간 관계들을 보여준다. "CD 이벤트"의 각 스파이크는 조건 검출기(105)가 감광요소(101)로부터의 아날로그 신호가 조건과 매칭되는 것을 검출한 때를 나타내고, "EM meas."신호의 각 기울기 부분은 ADC(109)가 서브-픽셀들(107a, 107b 및 107c)의 하나 또는 그 이상의 감광요소의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 것을 보여준다. 도 12에 도시된 바와 같이, 래치를 이용하여, 예를 들어, 도 1d의 래치(115)를 이용하여, 디지털 신호의 변환/출력 중에 양의 조건을 검출함에 따라 다음 클럭 사이클 중에 또 다른 변환/출력을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 도 12의 N+2 변환 사이클 중의 두 번째 검출은 도 12의 다음 사이클에서 두 번째 변환을 초래한다. 그러나, 이전의 조건 검출에 따라 변환을 기다리는 중에 양의 조건 검출은, 이미 래치가 활성화/인에이블 되었으므로 무시될 것이다. 예를 들어, 도 12의 N+1 사이클 동안의 두 번째 검출은, 첫 번째 검출로서 이미 N+2 사이클에 대한 변환 사이클을 트리거 했기 때문에 그에 따른 변환 사이클을 가져오지 않을 것이다.
지금까지의 상세한 설명은 본 발명에 대하여 예시하지 위한 목적으로 제시한 것이다. 즉, 본 발명은 설명된 형태들과 실시예들 그대로의 것에 국한되지 않으며 그 전부를 상세한 설명에 포함시킨 것이 아니다. 설명된 실시예들을 실제로 구현하는 과정에서 수정하고 적응적으로 변형하는 다양한 실시가 가능할 것이다. 예를 들어, 설명된 구현은 하드웨어를 포함하지만, 본 설명에 따른 시스템 및 방법은 하드웨어와 소프트웨어로 구현될 수 있다. 또한, 특정 구성요소들이 서로 결합되는 것으로 설명한 경우에도, 이러한 구성요소들은 일체로 구성되거나 임의의 적절한 방식으로 분산시킬 수도 있을 것이다.
나아가, 예시적인 실시예들로서 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 설명된 기술적 요소들과 균등한 구성요소와, 그 일부의 변경, 생략, (예를 들어, 다양한 실시예에 포함된 특징들을 포함시킨) 조합, 적응적 실시 및/또는 변경을 갖는 임의의 모든 실시예들을 포함한다. 청구항의 구성요소들은 청구항에서 채택한 단어에 기초하여 넓게 해석되어야 하고, 상세한 설명의 예시들로서 또는 심사절차에서 제시되는 것으로서 제한되지 않으며, 그러한 예시들만을 의미하는 것이 아니다. 또한, 설명된 방법들에 포함된 단계들은, 순서를 재구성하거나 및/또는 단계를 삽입 내지 생략하는 등에 의하여 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명의 특징과 바람직한 점들에 대하여 상세한 설명을 통해 명백하게 제시하였고, 이하 청구항들을 통해 본 발명에서 설명된 진정한 기술적 사상에 따라 그에 속하는 모든 시스템들과 방법들을 그 기술적 범위에 포함시키도록 하였다. 여기서, 부정관사인 "하나" 또는 "하나의"("a" 또는 "an")는 "하나 또는 그 이상"을 의미할 수 있다. 마찬가지로, 복수형 용어의 사용은 주어진 문맥에서 모호하지 않은 경우 반드시 복수인 것을 나타내지 않을 수 있다. "및" 또는 "또는"의 표현 역시 특별히 달리 해석되지 않는 이상 "및/또는"을 의미한다. 또한, 본 발명의 설명을 이해함으로써 수정과 변형을 통해 다양한 실시의 변경이 가능하고, 설명된 예시들에 포함된 상세한 구성과 동작으로 제한되지 않는다. 따라서 가능한 모든 형태의 변경 내지 균등한 요소를 포함하는 실시까지 본 발명에서 설명한 기술적 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
앞서 강조한 것처럼 본 발명의 실시예들에 대하여 다른 변경된 형태로 다양한 실시들이 가능할 것이다. 설명된 실시예들은 본 발명을 예시하려는 의도로 제시된 것으로서, 이와 같은 실시예들의 진정한 기술적 정신과 보호범위는 이하 제시되는 청구범위의 청구항들에 따라 해석되어야 할 것이다.

Claims (81)

  1. 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서로서,
    각각의 슈퍼-픽셀은:
    제 1 감광요소(photosensitive element);
    상기 제 1 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하도록 구성되는 검출기(detector);
    제 2 감광요소;
    상기 제 2 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 노출측정 회로(exposure measurement circuit); 그리고
    상기 검출기 및 상기 노출측정 회로와 전기적으로 연결되며, 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 노출측정 회로를 인에이블(enable) 시키고, 상기 디지털 신호가 상기 노출측정 회로로부터 판독된 때 상기 노출측정 회로를 디세이블(disable) 시키도록 구성되는 논리회로를 포함하는, 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노출측정 회로는, 상기 제 2 감광요소에 입사되는 상기 광의 상기 밝기에 비례하는 상기 아날로그 신호를 상기 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 디지털 램프(ramp) 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 단일-기울기(single-slope) 램프 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 상기 디지털 신호를 외부 판독(readout) 시스템으로 출력하도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 출력 후에 디세이블(disable) 되도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부 판독 시스템은, 클럭 회로에 기초하여 상기 아날로그-대-디지털 회로로부터의 상기 출력을 요청하는 것인, 이미지 센서.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 상기 아날로그-대-디지털 회로가 디세이블(disable) 되는 상기 출력에 응답하여, 상기 논리회로를 리셋(reset) 시키기 위하여 신호를 전달하도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 상기 아날로그 신호를 상기 디지털 신호로 상기 변환을 완료한 후에, 상기 논리회로를 리셋(reset) 시키기 위하여 신호를 전달하도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 논리회로는 외부 제어신호에 응답하여 상기 노출측정 회로를 인에이블(enable) 시키도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 트리거 신호를 외부 판독 시스템으로 출력하도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 외부 판독 시스템은 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 검출기로 확인(acknowledgement) 신호를 전달하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 확인 신호에 응답하여 리셋(reset) 되도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 논리회로는 상기 검출기에 전기적으로 연결되는 제어로직(control logic), 그리고 상기 제어로직에 의해 제어되는 스위치를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어로직은 상기 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기와 전기적으로 더 연결되는 것인, 이미지 센서.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 논리회로는 상기 검출기와 전기적으로 연결되는 제어로직, 그리고 상기 제어로직 및 외부 제어기와 연결되는 논리 게이트(logic gate)를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어로직은 상기 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기와 전기적으로 더 연결되는 것인, 이미지 센서.
  17. 제 1 항에 있어서,
    외부 판독 시스템이 회로 클럭에 따라 상기 노출측정 회로로부터의 출력을 요청하고, 상기 노출측정 회로는 상기 요청에 응답하여 디지털 신호를 출력하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디지털 신호는 상기 검출기가 이전 요청 이후 트리거 되지 않은 시간을 나타내는 것인, 이미지 센서.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 외부 판독 시스템은, 상기 검출기가 트리거 되지 않았음을 나타내는 임계적 수의 디지털 신호들이 수신된 때, 상기 노출측정 회로에게 상기 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하도록 적어도 하나의 제어신호를 전달하는 것인, 이미지 센서.
  20. 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서로서,
    각각의 슈퍼-픽셀은:
    제 1 감광요소(photosensitive element);
    상기 제 1 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하도록 구성되는 검출기(detector);
    복수의 제 2 감광요소들; 그리고
    상기 복수의 제 2 감광요소들과 전기적으로 연결되고, 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 제 2 감광요소들 중 하나 또는 그 이상에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 적어도 하나의 노출측정 회로(exposure measurement circuit)를 포함하는, 이미지 센서.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 감광요소들은, 각각의 아날로그 신호들을 상기 노출측정 회로의 개별 커패시터 노드들로 출력하는 것인, 이미지 센서.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 감광요소들 중 적어도 2개는 상이한 이득들을 갖는 것인, 이미지 센서.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 감광요소들은 상이한 시간들에 각 노드들로 전하를 누적시키는 것인, 이미지 센서.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 감광요소들은 각각의 아날로그 신호들을 상기 노출측정 회로의 동일한 커패시터 노드로 출력하는 것인, 이미지 센서.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 감광요소들의 적어도 2개는 상이한 밀도의 필터들을 포함하는 것인, 이미지 센서.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 감광요소들의 적어도 2개는 상이한 컬러 필터들을 포함하는 것인, 이미지 센서.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노출측정 회로는, 하나 이상의 상기 제 2 감광요소들에 입사되는 상기 광의 상기 밝기에 비례하는 상기 아날로그 신호를 상기 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 디지털 램프(ramp) 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 단일-기울기(single-slope) 램프 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 적어도 하나의 비교기를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 제 2 감광요소들의 제 2 복수들 각각과 연관된 적어도 하나의 트랜지스터와 연결된 상기 아날로그-대-디지털 회로의 제 1 트랜지스터를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 2 감광요소들 상기 제 2 복수들 각각과 연관된 적어도 하나의 리셋 트랜지스터를 더 포함하는 것인, 이미지 센서.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노출측정 회로는 상기 디지털 신호를 출력하기 전에 각각의 리셋 트랜지스터의 리셋 전압을 출력하도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 노출측정 회로는 상기 각각의 리셋 트랜지스터의 상기 리셋 전압을 순차적으로 출력하는 것인, 이미지 센서.
  35. 제 34 항에 있어서,
    판독 회로가 상기 출력된 리셋 전압들을 사용하여 상기 디지털 신호에 대한 노이즈 및 미스매치에 대한 상관 이중 샘플링(CDS: correlated double sampling) 보정을 수행하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  36. 이미지 센서에서 사용하기 위한 슈퍼-픽셀(super-pixel)로서, 상기 슈퍼-픽셀은:
    비동기 유닛으로서:
    제 1 감광요소(photosensitive element), 그리고
    상기 제 1 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하도록 구성되는 검출기(detector)를 포함하는 것인, 비동기 유닛;
    동기 유닛으로서:
    적어도 하나의 제 2 감광요소, 그리고
    상기 적어도 하나의 제 2 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 노출측정 회로(exposure measurement circuit)를 포함하는 것인, 동기 유닛; 및
    상기 비동기 유닛과 전기적으로 연결되고, 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 동기 유닛을 인에이블(enable) 시키고 상기 디지털 신호가 상기 동기 유닛으로부터 판독된 때 상기 동기 유닛을 디세이블(disable) 시키도록 구성되는 논리회로를 포함하는 것인, 슈퍼-픽셀.
  37. 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 갖는 이미지 센서를 제어하기 위한 방법으로서,
    제 1 감광요소(photosensitive element)로 입사되는 광에 비례하는 제 1 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 제 1 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하는 단계;
    상기 트리거 신호에 응답하여, 노출측정 회로(exposure measurement circuit)를 인에이블(enable) 시키는 단계;
    적어도 하나의 제 2 감광요소에 충돌하는 광에 비례하는 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 노출측정 회로를 사용하여, 상기 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제 2 아날로그 신호에 대한 상기 디지털 신호로의 상기 변환 후, 상기 노출측정 회로를 디세이블(disable) 시키는 단계; 그리고
    상기 디지털 신호를 외부 판독 시스템으로 출력하는 단계를 포함하는, 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 변환은 상기 노출측정 회로에 포함된 아날로그-대-디지털 회로를 사용하여 수행되는 것인, 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 디지털 램프(ramp) 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 단일-기울기(single-slope) 램프 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 방법.
  41. 제 38 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로를 사용하여 상기 디지털 신호를 외부 판독 시스템으로 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 출력 후에 상기 아날로그-대-디지털 회로를 디세이블(disable) 시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  43. 제 41 항에 있어서,
    클럭 회로에 기초하여, 상기 외부 판독 시스템으로부터 상기 출력에 대한 요청을 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  44. 제 41 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로를 사용하여, 상기 출력에 응답하여 상기 논리회로를 리셋하기 위한 신호를 전달하는 단계를 더 포함하며, 그에 따라 상기 아날로그-대-디지털 회로가 디세이블(disable) 되는 것인, 방법.
  45. 제 38 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로를 사용하여, 상기 아날로그 신호의 상기 디지털 신호로의 변환을 완료한 후, 상기 논리회로를 리셋하기 위한 신호를 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  46. 제 37 항에 있어서,
    상기 논리회로를 사용하여, 외부 제어신호에 응답하여 상기 노출측정 회로를 인에이블(enable) 시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  47. 제 37 항에 있어서,
    상기 검출기를 사용하여, 외부 이벤트 시스템으로 상기 트리거 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 트리거 신호에 응답하여, 상기 검출기를 사용하여 상기 외부 이벤트 시스템으로부터의 확인(acknowledgement) 신호를 수신하는 단계, 그리고 상기 확인 신호에 응답하여 상기 검출기를 리셋하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  49. 제 37 항에 있어서,
    상기 논리회로는, 상기 검출기에 전기적으로 연결된 제어로직 및 상기 제어로직에 의해 제어되는 스위치를 포함하는 것인, 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 제어로직은 상기 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기와 전기적으로 더 연결되는 것인, 방법.
  51. 제 37 항에 있어서,
    상기 로직회로는, 상기 검출기와 전기적으로 연결된 제어로직, 그리고 상기 제어로직 및 외부 제어기와 연결된 논리 게이트(logic gate)를 포함하는 것인, 방법.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 제어로직은 상기 노출측정 회로의 아날로그-대-디지털 변환기에 전기적으로 더 연결되는 것인, 방법.
  53. 제 37 항에 있어서,
    회로 클럭에 따라 외부 판독 시스템으로부터 상기 노출측정 회로의 출력에 대한 요청을 수신하는 단계, 그리고 상기 요청에 응답하여 디지털 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 디지털 신호는 상기 검출기가 이전 요청 이후 트리거 되지 않은 시간을 나타내는 것인, 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 검출기가 트리거 되지 않았음을 나타내는 임계적 수의 디지털 신호들이 수신된 때, 상기 노출측정 회로에게 상기 제 2 감광요소에 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하도록 외부 판독으로부터 적어도 하나의 제어신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  56. 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서로서,
    각각의 슈퍼-픽셀은:
    제 1 감광요소(photosensitive element);
    상기 제 1 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 1 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하도록 구성된 검출기(detector);
    제 2 감광요소;
    상기 제 2 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 노출측정 회로(exposure measurement circuit); 그리고
    상기 제 2 아날로그 신호의 상기 디지털 신호로의 변환 중에, 상기 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 3 아날로그 신호의 값이 상기 조건을 충족할 때 인에이블(enable) 되도록 구성되는 적어도 하나의 래치를 포함하고,
    상기 노출측정 회로는, 상기 트리거 신호에 응답하여 제 1 사이클에 상기 제 2 아날로그 신호를 변환하고, 상기 적어도 하나의 래치가 인에이블(enable) 되는 것에 응답하여 제 2 사이클에 상기 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 제 4 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 노출측정 회로는, 상기 제 2 감광요소로 입사되는 상기 광의 상기 밝기에 비례하는 상기 제 2 아날로그 신호 및 상기 제 4 아날로그 신호를 상기 디지털 신호들로 변환하도록 구성되는 아날로그-대-디지털 회로를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 래치는, 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 아날로그-대-디지털 회로의 상기 제 1 사이클을 활성화(activate) 시키도록 구성되는 제 1 래치에 대한 논리회로 및 상기 아날로그-대-디지털 회로로부터의 신호들에 응답하여 활성화 및 클리어(clear) 되도록 구성되는 제 2 래치를 포함하고; 그리고
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 상기 제 1 사이클을 개시할 때 상기 제 2 래치를 세트(set) 시키고 상기 제 1 래치는 클리어(clear) 시키도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 제 2 래치가 세트될 때, 외부 판독 시스템이 상기 아날로그-대-디지털 회로에 대한 판독을 개시하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  60. 제 58 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 상기 제 1 사이클 중에 상기 제 1 래치의 활성화에 응답하여 상기 제 2 사이클을 개시하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  61. 제 58 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 상기 제 1 사이클 후 상기 제 1 래치가 활성화되지 않은 때, 디세이블(disable) 되도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  62. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 래치는, 상기 트리거 신호에 응답하여 활성화되고 상기 아날로그-대-디지털 회로로부터의 신호들에 응답하여 클리어 되도록 구성되고;
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 변환을 개시할지를 결정하기 위하여 각 사이클의 시작 시점에 상기 적어도 하나의 래치를 폴링(polling)하도록 구성되며;
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 변환을 개시할 때 내부 래치를 세트시키고 상기 적어도 하나의 래치를 클리어 시키도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  63. 제 62 항에 있어서,
    외부 판독 시스템이, 상기 내부 래치가 세트될 때, 상기 아날로그-대-디지털 회로에 대하여 판독을 개시하는 것인, 이미지 센서.
  64. 제 62 항에 있어서,
    상기 내부 래치는, 상기 변환 중에 사용되는 복수의 래치들 중 하나의 래치로 이루어지는 것인, 이미지 센서.
  65. 제 62 항에 있어서,
    상기 아날로그-대-디지털 회로는, 사이클의 개시 시점에 상기 적어도 하나의 래치가 활성화되지 않은 상기 사이클 동안 디세이블(disable) 되도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  66. 제 56 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 래치는, 상기 제 1 감광요소, 상기 검출기, 상기 제 2 감광요소, 상기 노출측정 회로 및 상기 논리회로의 외부에 위치하는 것인, 이미지 센서.
  67. 제 66 항에 있어서,
    각 슈퍼-픽셀의 상기 적어도 하나의 래치는, 상기 복수의 슈퍼-픽셀들 외부의 메모리 어레이를 형성하는 것인, 이미지 센서.
  68. 제 66 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 래치는, 직접 배선 연결 또는 하나 또는 그 이상의 중재기(arbiter)들 중 적어도 하나를 이용하여 상기 노출측정 회로에 연결되는 것으로서, 상기 적어도 하나의 래치에 대한 메모리 주소는 대응하는 슈퍼-픽셀의 주소와 연관되는 것인, 이미지 센서.
  69. 제 67 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 래치는, 상기 트리거 신호에 응답하여 활성화되고 외부 판독으로부터의 신호들에 응답하여 클리어되도록 구성되며;
    상기 아날로그-대-디지털 회로는 각각의 사이클에서 변환을 수행하도록 구성되고; 그리고
    상기 외부 판독은, 상기 적어도 하나의 래치가 활성화된 때에만 상기 아날로그-대-디지털 회로로부터 변환들을 판독하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 외부 판독은, 변환을 판독한 후에 상기 적어도 하나의 래치를 클리어하도록 구성되는 것인, 이미지 센서.
  71. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 래치는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM: static random access memory)의 적어도 하나의 비트로 구성되는 것인, 이미지 센서.
  72. 이미지 센서를 위한 판독 시스템으로서,
    디지털 신호들을 출력하도록 구성된 측정 판독들의 제 1 어레이;
    상기 측정 판독들과 연관되고, 상기 연관된 측정 판독들로부터 트리거 신호를 수신하는 것에 의하여 활성화되도록 구성되는 래치들의 제 2 어레이; 그리고
    상기 제 2 어레이의 래치들이 활성화되는 것에 기초하여, 상기 측정 판독들의 상기 제 1 어레이의 하나 또는 그 이상의 측정 판독들에 대하여 클럭을 공급하는 클럭 회로를 포함하고,
    상기 래치들의 상기 제 2 어레이는 클럭되는 것에 의하여 비활성화되도록 구성되는 것인, 판독 시스템.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상응하는 래치들이 활성화될 때 상기 클럭 회로를 상기 제 1 어레이의 측정 판독들과 연결하도록 구성되는 복수의 스위치들을 더 포함하는, 판독 시스템.
  74. 제 72 항에 있어서,
    상기 제 2 어레이가 상기 제 1 어레이의 외부에 위치하는 것인, 판독 시스템.
  75. 제 72 항에 있어서,
    상기 제 2 어레이가 1 비트 또는 더 많은 셀들의 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 어레이로 구성되는 것인, 판독 시스템.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 제 2 어레이가 상기 제 1 어레이와 동일한 칩 상에 형성되는 것인, 판독 시스템.
  77. 제 72 항에 있어서,
    상기 클럭 회로는, 상기 제 2 어레이의 모든 래치들이 활성화되지 않은 때 클럭 사이클을 스킵(skip)하도록 더 구성되는 것인, 판독 시스템.
  78. 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서로서,
    각 슈퍼-픽셀은:
    제 1 감광요소(photosensitive element);
    상기 제 1 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호가 조건과 매칭될 때 트리거(trigger) 신호를 생성하도록 구성된 검출기(detector);
    제 2 감광요소; 그리고
    상기 제 2 감광요소와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 감광요소로 입사되는 광의 밝기에 비례하는 아날로그 신호를 노드 상에 적분하도록 구성된 노출측정 회로(exposure measurement circuit)를 포함하고,
    상기 노출측정 회로는, 적어도 하나의 주기적인 제어신호에 응답하여, 상기 노드로부터 상기 이미지 센서의 적어도 2개의 슈퍼-픽셀들을 공유하는 아날로그-대-디지털 변환기에게 상기 적분된 신호를 전송하도록 더 구성되는 것인, 이미지 센서.
  79. 제 78 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 주기적인 제어신호는 적어도 하나의 로우(row) 신호를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  80. 제 78 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 주기적인 제어신호는 적어도 하나의 컬럼(column) 신호를 포함하는 것인, 이미지 센서.
  81. 제 78 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 이미지 센서의 상기 적어도 2개의 슈퍼-픽셀들 간에 공유되는 것인, 이미지 센서.
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