KR100804495B1 - Apparatus and method for controlling dark-sun appearance of CMOS image sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 씨모스(CMOS) 이미지센서의 동작 중 태양과 같이 매우 밝은 피사체를 노출할 경우 검게 보이는 현상을 억제하기 위한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a device for suppressing a phenomenon that appears black when a very bright subject such as the sun is exposed during operation of a CMOS image sensor.

본 발명에 의한 CMOS 이미지센서의 검은 태양 현상 억제장치는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하는 리셋 노이즈 제거회로(CDS 또는 DS)를 구비하고, 상기 픽셀어레이를 선택하는 구동신호를 출력하는 칼럼 디코더; 피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 파악하는 신호처리부; 및 상기 피사체의 현재 노출상태를 판단하여 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에 인가되는 리셋신호(φ3)가 디스에이블(disable)되는 순간부터 상기 리셋노이즈 제거회로의 입력단 스위치(φ1)가 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W)시간을 조절하는 타이밍 자동조절부;를 포함함을 특징으로 한다.The black solar phenomenon suppression apparatus of the CMOS image sensor according to the present invention includes a pixel array; A column decoder including a reset noise removing circuit (CDS or DS) for removing reset noise generated in a unit pixel of the pixel array, and outputting a driving signal for selecting the pixel array; A signal processor to grasp information about a current exposure state of the subject; And an input terminal switch φ1 of the reset noise canceling circuit is opened from the moment when the reset signal φ3 applied to the unit pixel of the pixel array is disabled by determining the current exposure state of the subject. It characterized in that it comprises a; timing automatic adjustment unit for adjusting the time (W) time until the moment.

본 발명에 의하면, 현재의 노출상태를 파악해서 자동으로 W의 시간을 조절함으로써 매우 밝은 피사체를 노출할 경우 검게 보이는 현상을 억제하여 보다 낳은 이미지를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a better image by suppressing the phenomenon of black when exposing a very bright subject by grasping the current exposure state and automatically adjusting the time of W. FIG.

Description

씨모스 이미지센서의 검은 태양 현상 억제장치 및 방법{Apparatus and method for controlling dark-sun appearance of CMOS image sensor} Apparatus and method for controlling dark-sun appearance of CMOS image sensor

도 1은 3TR 구조의 단위 픽셀을 도시한 것이다.1 illustrates a unit pixel of a 3TR structure.

도 2는 리셋 노이즈 제거회로를 도시한 것이다.2 shows a reset noise cancellation circuit.

도 3은 도 1과 도 2의 구조를 동작시키기 위한 타이밍도를 도시한 것이다.3 illustrates a timing diagram for operating the structure of FIGS. 1 and 2.

도 4는 선택된 n번째 로우(row)에 대한 타이밍도를 도시한 것이다.4 shows a timing diagram for the selected nth row.

도 5는 본 발명에 의한 CMOS 이미지센서의 검은 태양 현상억제를 위한 자동시간 조절장치를 도시한 것이다. 5 illustrates an automatic time control device for suppressing black solar phenomenon of a CMOS image sensor according to the present invention.

본 발명은 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서의 동작 중 매우 밝은 상태에서 피사체를 노출할 경우 검게 보이는 현상을 억제하기 위한 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly, to an apparatus for suppressing the phenomenon of black when the subject is exposed in a very bright state during operation of the CMOS image sensor.

도 1은 3TR 구조의 단위 픽셀을 도시한 것이다.1 illustrates a unit pixel of a 3TR structure.

단위 픽셀은 1개의 포토다이오드(1)와 3개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 3개의 트랜지스터는 리셋트랜지스터(3), 소스팔로워 드라이브트랜지스터(4) 및 로우 선택트랜지스터(5)로 이루어진다.The unit pixel is composed of one photodiode 1 and three transistors. The three transistors consist of a reset transistor (3), a source follower drive transistor (4) and a row select transistor (5).

상기 단위 픽셀에 저장된 신호전하를 읽어내는 방법은 다음과 같다.The method of reading the signal charge stored in the unit pixel is as follows.

포토다이오드(1)를 초기화하기 위해서 리셋트랜지스터(3)를 리셋신호 φ3(2)로 초기화한다. 리셋 신호 φ3(2)가 오프(off)되면 입사된 빛에 따라 신호전하가 포토다이오드(1)에 축적된다.In order to initialize the photodiode 1, the reset transistor 3 is initialized with the reset signal? 3 (2). When the reset signal φ3 (2) is turned off, signal charges are accumulated in the photodiode 1 in accordance with the incident light.

화소를 선택하기 위해서 로우 선택신호 φ4(6)가 인가되어 로우 선택트랜지스터(5)를 온(ON)시킨다. 축적된 신호전하는 소스팔로워 드라이브트랜지스터(4)와 소스팔로워 바이어스트랜지스터(8)의 이득에 비례하게 화소출력(9)으로 출력된다. In order to select the pixel, the row select signal? 4 (6) is applied to turn on the row select transistor 5. The accumulated signal charge is output to the pixel output 9 in proportion to the gain of the source follower drive transistor 4 and the source follower bias transistor 8.

도 2는 리셋노이즈 제거회로를 도시한 것이다. 2 shows a reset noise elimination circuit.

일반적으로 CMOS 이미지 센서는 신호전하를 리드 아웃(read-out)할 때 픽셀에서 발생하는 리셋노이즈 성분을 제거하기 위하여 CDS(correlated double sampling)방법 또는 기타 방법(DS)을 이용하여 신호전하를 추출한다.In general, CMOS image sensors extract signal charges by using correlated double sampling (CDS) or other methods (DS) to remove the reset noise component that occurs in pixels when the signal charges are read out. .

이러한 리셋노이즈 제거회로(CDS방법)는 일반적으로 픽셀 리셋 시 전압을 읽어내고, 신호전하를 저장한 후 신호레벨을 읽어내어 그 차이를 출력하게 된다. The reset noise cancellation circuit (CDS method) generally reads a voltage at pixel reset, stores a signal charge, and then reads a signal level to output the difference.

도 1과 도 2의 구조를 동작시키기 위한 타이밍도는 도 3과 같이 주어진다. A timing diagram for operating the structure of FIGS. 1 and 2 is given as in FIG.

상기 타이밍도로부터 도 1 과 도 2의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of FIGS. 1 and 2 from the timing diagram is as follows.

먼저, 리셋 노이즈 제거회로의 입력단 스위치 φ1(10)와 출력단 스위치 φ2(13)가 오픈(open)된 상태에서는 VC1(11) 및 VC2(12) 노드의 전압은 각각 초기화 값으로 정의되며, 이때 VC2 노드 전압은 VC1에 비례한 값을 가지게 된다.First, when the input switch φ1 (10) and the output switch φ2 (13) of the reset noise canceling circuit are open, the voltages of the nodes VC1 (11) and VC2 (12) are defined as initialization values, respectively. The node voltage has a value proportional to VC1.

이후, n번째 row에서는 로우 선택신호 φ4(6)가 인에이블(enable)되면, n번 째 row 전체가 선택되게 된다. 동시에 φ2(13)와 φ1(10)이 close(enable)되면, 이전부터 축적된 신호전하들이 화소출력으로 출력되면서 동시에 VC1(11) 노드에 축적되게 된다. Subsequently, when the row select signal φ4 (6) is enabled in the nth row, the entire nth row is selected. At the same time, when φ2 (13) and φ1 (10) are close (enable), previously accumulated signal charges are output to the pixel output and simultaneously accumulated at the node VC1 (11).

즉, φ1(10)과 φ2(13) 및 φ4(6)가 인에이블(enable)되면서 포토다이오드에 축적된 신호전하는 화소출력으로 출력되면서 동시에 VC1(11) 노드에 전달되며, VC2노드는 φ2(13)가 close 된 상태이므로 vref 전압을 유지하게 된다. That is, as φ1 (10), φ2 (13), and φ4 (6) are enabled, signal charges accumulated in the photodiode are output to the pixel output and are simultaneously transmitted to the VC1 (11) node, and the VC2 node is φ2 ( Since 13) is closed, it maintains the vref voltage.

여기서, φ1(10)이 close되어 있는 동안 VC1은 화소출력에 연동되어 변하게 되며, φ2(13)이 계속 close된 상태이므로 VC2는 vref 로 항상 고정되게 된다. 이후 타이밍도로부터 φ2(13)가 open되면, VC2는 플로팅상태가 되며, VC1은 화소출력에 연동되어 변하게 된다. 이후 리셋 신호 φ3(2)가 enable되면서 포토다이오드가 리셋이 되면, φ1(10)이 close된 상태이므로, VC1은 리셋레벨까지 변하게 되며, 이때 VC2는 플로팅 상태이므로, φ3(2)이 enable되기 직전의 전압부터 리셋레벨까지의 변화량을 가지게 된다. Here, while φ1 (10) is closed, VC1 changes in conjunction with the pixel output, and since φ2 (13) is kept closed, VC2 is always fixed to vref. Then, when φ2 (13) is opened from the timing diagram, VC2 is in a floating state, and VC1 is changed in conjunction with the pixel output. After the reset signal φ3 (2) is enabled and the photodiode is reset, since φ1 (10) is closed, VC1 is changed to the reset level, and since VC2 is in a floating state, immediately before φ3 (2) is enabled. It has the amount of change from the voltage to the reset level.

이후 vref를 가변하는데, VC2와 동일한 전압이 vref에 입력되면 CDS출력이 enable된다. Then, the vref is changed. If the same voltage as VC2 is input to the vref, the CDS output is enabled.

여기서 중요한 부분은 리셋신호 φ3(2)이 disable되는 순간부터 리셋 노이즈 제거회로의 입력단 스위치 φ1(10)이 오픈(open)되는 순간까지의 시간, 즉 W시간이다.An important part here is the time from the moment when the reset signal φ3 (2) is disabled to the moment when the input terminal switch φ1 (10) of the reset noise elimination circuit is opened, that is, W time.

왜냐하면 리셋 신호 φ3(2)이 disable되는 순간부터 포토다이오드에는 다시 입사되는 빛에 의해서 신호전하가 축적되며, 이 신호전하들은 n번째 row가 선택되 어 있으므로 화소출력으로 전달되게 된다.Because from the moment when the reset signal φ3 (2) is disabled, signal charges are accumulated in the photodiode by light incident again, and these signal charges are transferred to the pixel output because the nth row is selected.

만약, 도 4의 W시간동안 φ1(10)이 close되어 있으면 CDS출력(14)이 enable되기 전까지 VC2(12) 전압이 다시 변하게 되므로, 실제 CDS출력(14)이 달라지게 된다. If φ1 (10) is closed during the W time of FIG. 4, since the voltage of VC2 12 is changed again until the CDS output 14 is enabled, the actual CDS output 14 is changed.

이러한 현상은 외부에서 입사되는 빛이 강하면 강할 수 록 동일한 시간에 변하는 신호전하량이 많아지므로, 실제 값과의 차이는 더욱 두드러지게 나타나며, 이로 인하여 태양과 같이 밝은 상태에서 피사체를 노출할 경우 검게 나타나게 된다. This phenomenon is because the stronger the light from the outside, the greater the amount of signal charges that change at the same time, so the difference from the actual value is more prominent, which is why it appears black when the subject is exposed in bright conditions such as the sun. .

따라서 φ3(2)이 disable되는 순간부터 φ1(10)이 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W(16))이 가능한 짧아야 하는데, 이 시간이 너무 짧게 되면 이미지에 나쁜 영향을 주게 된다.Therefore, the time (W (16)) from the moment when φ3 (2) is disabled to the moment when φ1 (10) is opened should be as short as possible. If this time is too short, the image will be adversely affected.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 CMOS 이미지센서의 동작 중 태양과 같이 매우 밝은 피사체를 노출할 경우 검게 보이는 현상을 억제하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an apparatus and a method for suppressing a phenomenon in which black appears when a very bright subject such as the sun is exposed during operation of a CMOS image sensor.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지센서의 검은 태양 현상 억제장치는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하는 리셋 노이즈 제거회로(CDS)를 구비하고, 상기 픽셀어레이를 선택하는 구동신호를 출력하는 칼럼 디코더; 피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 파악하는 신호처리부; 및 상기 피사체의 현재 노출상태를 판단하여 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에 인가되는 리셋신호(φ3)가 디스에이블(disable)되는 순간부터 상기 리셋노이즈 제거회로의 입력단 스위치(φ1)가 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W)시간을 조절하는 타이밍 자동조절부;를 포함함을 특징으로 한다.The black solar phenomenon suppression apparatus of the CMOS image sensor according to the present invention for solving the technical problem is a pixel array; A column decoder including a reset noise removing circuit (CDS) for removing reset noise generated in a unit pixel of the pixel array, and outputting a driving signal for selecting the pixel array; A signal processor to grasp information about a current exposure state of the subject; And an input terminal switch φ1 of the reset noise canceling circuit is opened from the moment when the reset signal φ3 applied to the unit pixel of the pixel array is disabled by determining the current exposure state of the subject. It characterized in that it comprises a; timing automatic adjustment unit for adjusting the time (W) time until the moment.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 CMOS 이미지센서의 검은 태양 현상 억제방법은 (a)피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 파악하는 단계; (b)상기 피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 입력받아 상기 피사체의 현재 노출상태를 판단하여 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에 인가되는 리셋신호(φ3)가 디스에이블(disable)되는 순간부터 리셋노이즈 제거회로의 입력단 스위치(φ1)가 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W)시간을 조절하는 단계; 및 (c)상기 조절된 W시간을 이용하여 상기 픽셀어레이를 구동시키는 단계;를 포함함을 특징으로 한다. In order to solve the above technical problem, the black solar phenomenon suppression method of the CMOS image sensor according to the present invention comprises the steps of: (a) identifying information on a current exposure state of a subject; (b) Receiving reset noise from the moment when the reset signal φ 3 applied to the unit pixel of the pixel array is disabled by receiving information on the current exposure state of the subject and determining the current exposure state of the subject. Adjusting a time (W) time until the moment when the input switch φ1 of the circuit is opened; And (c) driving the pixel array by using the adjusted W time.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명에 의한 CMOS 이미지센서의 검은 태양 현상 억제장치를 도시한 것으로, 픽셀어레이(17), 로우 디코더(18), 칼럼 디코더(19), 타이밍 자동조절부(20) 및 신호처리부(21)로 이루어진다. 5 shows a black solar phenomenon suppression apparatus of a CMOS image sensor according to the present invention, which includes a pixel array 17, a row decoder 18, a column decoder 19, a timing automatic controller 20, and a signal processor ( 21).

현재 노출상태에 대한 정보를 파악하는 신호처리부(21)로부터 현재 노출상태에 대한 정보를 타이밍 자동조절부(20)가 입력받는다. The timing automatic control unit 20 receives the information on the current exposure state from the signal processor 21 for identifying the information on the current exposure state.

타이밍 자동조절부(20)는 현재 노출상태를 판단하여 상기 픽셀 어레이(17)의 단위픽셀에 인가되는 리셋신호(φ3)가 디스에이블(disable)되는 순간부터 칼럼 디코더(19)에 구비되는 리셋노이즈 제거회로(CDS)의 입력단 스위치(φ1)가 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W)시간을 조절한다.The timing automatic control unit 20 determines the current exposure state and reset noise provided in the column decoder 19 from the moment when the reset signal φ 3 applied to the unit pixel of the pixel array 17 is disabled. The time W until the moment when the input switch φ1 of the removal circuit CDS is opened is adjusted.

상기 타이밍이 조절된 W시간을 이용하여 타이밍 자동조절부(20)에서는 상기 픽셀어레이(17)를 구동시키는 구동신호를 칼럼 디코더(19)로 출력한다. The timing automatic adjustment unit 20 outputs a driving signal for driving the pixel array 17 to the column decoder 19 using the W time at which the timing is adjusted.

본 발명에서 상기 타이밍 자동조절부(20)는 현재 노출상태가 밝은 상태이면 상기 W시간을 '0'보다는 크되 짧게 설정하고, 현재 노출상태가 어두운 상태이면 상기 W시간을 길게 설정한다.In the present invention, the timing automatic adjustment unit 20 sets the W time greater than '0' but short when the current exposure state is bright, and sets the W time long when the current exposure state is dark.

본 발명은 현재의 노출상태를 파악해서 자동으로 W(16)의 시간을 조절하도록 하는 기능을 추가한 것이며, 동작원리는 현재 노출상태에 대한 정보를 신호처리 블록으로부터 받게 되면, 타이밍 자동조절부(20)에서는 현재 노출상태를 판단하여 W(16) 시간을 적절하게 조절하여 칼럼 디코더(19)의 리셋노이즈 제거회로(CDS 또는 DS)로 구동신호를 출력하여 보다 낳은 이미지를 얻을 수 있도록 하는 것이다.The present invention is to add the function to automatically adjust the time of the W (16) by grasping the current exposure state, the operation principle when the information on the current exposure state from the signal processing block, timing automatic adjustment unit ( 20), the current exposure state is determined, and the W (16) time is appropriately adjusted to output a driving signal to the reset noise canceling circuit (CDS or DS) of the column decoder 19 so as to obtain a better image.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, which are merely exemplary, and it should be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 의하면, 현재의 노출상태를 파악해서 자동으로 W의 시간을 조절함으로써 매우 밝은 피사체를 노출할 경우 검게 보이는 현상을 억제하여 보다 낳은 이미지를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a better image by suppressing the phenomenon of black when exposing a very bright subject by grasping the current exposure state and automatically adjusting the time of W. FIG.

Claims (4)

리셋 노이즈 제거회로를 구비하는 CMOS 이미지 센서에서 검은 태양 현상을 억제하기 위한 장치에 있어서, An apparatus for suppressing black sun phenomenon in a CMOS image sensor having a reset noise cancellation circuit, 픽셀 어레이;Pixel arrays; 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하는 리셋 노이즈 제거회로(CDS 또는 DS)를 구비하고, 상기 픽셀어레이를 컬럼방향으로 선택하는 신호를 출력하는 칼럼 디코더; A column decoder including a reset noise removing circuit (CDS or DS) for removing reset noise generated in the unit pixels of the pixel array, and outputting a signal for selecting the pixel array in a column direction; 피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 파악하는 신호처리부; 및 A signal processor to grasp information about a current exposure state of the subject; And 상기 피사체의 현재 노출상태를 판단하여 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에 인가되는 리셋신호(φ3)가 디스에이블(disable)되는 순간부터 상기 리셋노이즈 제거회로의 입력단 스위치(φ1)가 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W)시간을 조절하는 타이밍 자동조절부;를 포함함을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 검은 태양 현상억제를 위한 자동시간 조절장치.The moment when the input switch φ1 of the reset noise canceling circuit is opened from the moment when the reset signal φ3 applied to the unit pixel of the pixel array is disabled by determining the current exposure state of the subject. Automatic timing control device for black solar phenomenon suppression of the CMOS image sensor comprising a; 제1항에 있어서, 상기 타이밍 조절부는 The method of claim 1, wherein the timing adjusting unit 현재 노출상태가 밝은 상태이면 상기 W시간을 '0'보다는 크되 가능한 짧게 설정하고, 현재 노출상태가 어두운 상태이면 상기 W시간을 적절하게 설정함을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 검은 태양현상 억제장치.The black solar phenomenon suppression apparatus of the CMOS image sensor, characterized in that if the current exposure state is set to the W time greater than '0' but as short as possible, if the current exposure state is dark state set the W time appropriately. 리셋 노이즈 제거회로를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 검은 태양현상을 억제하기 위한 방법에 있어서, A method for suppressing black solar phenomenon of a CMOS image sensor having a reset noise cancellation circuit, (a)피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 파악하는 단계;(a) identifying information about a subject's current exposure status; (b)상기 피사체의 현재 노출상태에 대한 정보를 입력받아 상기 피사체의 현재 노출상태를 판단하여 상기 픽셀 어레이의 단위픽셀에 인가되는 리셋신호(φ3)가 디스에이블(disable)되는 순간부터 리셋노이즈 제거회로의 입력단 스위치(φ1)가 오픈(open)되는 순간까지의 시간(W)시간을 조절하는 단계; 및(b) Receiving reset noise from the moment when the reset signal φ 3 applied to the unit pixel of the pixel array is disabled by receiving information on the current exposure state of the subject and determining the current exposure state of the subject. Adjusting a time (W) time until the moment when the input switch φ1 of the circuit is opened; And (c)상기 조절된 W시간을 이용하여 상기 픽셀어레이를 구동시키는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 검은 태양현상 억제방법. (c) driving the pixel array by using the adjusted W time; and black solar phenomenon suppression method of a CMOS image sensor comprising a. 제3항에 있어서, 상기 (b)단계는 The method of claim 3, wherein step (b) 피사체의 현재 노출상태에 따라 현재의 노출상태가 밝은 상태이면 상기 W시간을 '0'보다는 크되 가능한 짧게 설정하고, 현재 노출상태가 어두운 상태이면 상기 W시간을 적절하게 설정함을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서의 검은 태양현상 억제방법. CMOS image, characterized in that the W time is set to be greater than '0' but as short as possible if the current exposure state is bright according to the current exposure state of the subject, and the W time is appropriately set if the current exposure state is dark. How to suppress black solar phenomenon of sensor.
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