KR101741499B1 - 페데스탈 레벨 보상 방법 및 이를 수행할 수 있는 장치들 - Google Patents

페데스탈 레벨 보상 방법 및 이를 수행할 수 있는 장치들 Download PDF

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Abstract

페데스탈 레벨 보상 방법이 개시된다. 상기 페데스탈 레벨 보상 방법은 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계와, 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계와, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상하는 단계를 포함한다.

Description

페데스탈 레벨 보상 방법 및 이를 수행할 수 있는 장치들{Method and appratuses for pedestal level compensation}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 페데스탈 레벨 보상 방법 및 이를 수행할 수 있는 장치들에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 이미지 신호를 전기 이미지 신호로 변환하는 장치이다. 상기 이미지 센서는 자동 다크 레벨 보상(auto dark level compensation)을 수행한 후 페데스탈 레벨(pedestal level)을 결정한다.
상기 자동 다크 레벨 보상 동작이 수행될 때, 액티브 신호(active signal)의 다크 레벨(dark level)과 옵티컬 블랙 신호(optical black signal)의 다크 레벨의 차이는 페데스탈 레벨의 오프셋(offset)을 유발한다. 또한, 상기 페데스탈 레벨은 아날로그 이득(analog gain)과 노출 시간(exposure time)에 따라 변한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 페데스탈 레벨 보상 방법 및 이를 수행할 수 있는 장치들을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 페데스탈 레벨 보상 방법은 기준 온도에서 액티브 픽셀의 다크 레벨과 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제1다크 레벨 차이와 온도에서 상기 액티브 픽셀의 다크 레벨과 상기 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제2다크 레벨 차이에 기초하여, 상기 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계와, 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계와, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상하는 단계를 포함한다.
상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계는, 상기 제1다크 레벨 차이를 메모리에 저장하는 단계와, 상기 온도를 검출하는 단계와, 룩-업 테이블에서 상기 제1다크 레벨 차이에 대한 제2다크 레벨 차이인 다크 레벨 차이 비율을 검색하는 단계와, 상기 제1다크 레벨 차이와 상기 다크 레벨 차이 비율을 이용하여 상기 온도에 따른 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 제1메모리는 OTP(one time programmable) 메모리로 구현된다.
상기 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계는 기준 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 제2메모리에 저장하는 단계; 및 상기 제2메모리에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋과 상기 아날로그 이득을 이용하여 상기 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 제2메모리는 OTP(one time programmable) 메모리로 구현된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 입사된 빛에 상응하는 액티브 신호를 생성하는 액티브 픽셀과, 상기 빛을 차단시켜 옵티컬 블랙 신호를 생성하는 옵티컬 블랙 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 액티브 신호와 상기 옵티컬 블랙 신호를 이용하여 다크 레벨을 보상하고, 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차와 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 포함하는 보상된 액티브 신호를 출력하는 자동 다크 레벨 보상 블락과, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하고, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상하는 디지털 신호 프로세서를 포함하고, 상기 디지털 신호 프로세서는 기준 온도에서 상기 액티브 픽셀의 다크 레벨과 상기 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제1다크 레벨 차이와 상기 온도에서 상기 액티브 픽셀의 다크 레벨과 상기 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제2다크 레벨 차이에 기초하여, 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산한다.
상기 디지털 신호 프로세서는 상기 제1다크 레벨 차이를 저장하는 제1메모리와, 상기 제1다크 레벨 차이에 대한 상기 제2다크 레벨 차이인 다크 레벨 차이 비율을 검색하는 룩업 테이블을 저장하는 제2메모리와, 상기 제1다크 레벨 차이와 상기 다크 레벨 차이 비율을 이용하여 상기 온도에 따른 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 이미지 신호 프로세서를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 디지털 신호 프로세서는 상기 온도를 검출하는 온도 검출기를 더 포함한다.
상기 디지털 신호 프로세서는 기준 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 저장하는 제3메모리를 더 포함하며, 상기 이미지 신호 프로세서는 상기 제3메모리에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋과 상기 아날로그 이득을 이용하여 상기 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산한다.
상기 제1메모리와 상기 제3메모리 각각은 OTP(one time programmable) 메모리로 구현된다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센싱 시스템은 빛의 파장들을 통과시켜 통과된 빛의 파장들에 대응되는 액티브 신호를 생성하는 액티브 픽셀과 상기 빛을 차단시켜 옵티컬 블랙 신호를 생성하는 옵티컬 블랙 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 상기 액티브 신호와 상기 옵티컬 블랙 신호를 이용하여 다크 레벨을 보상하여 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차와 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 포함하는 보상된 액티브 신호를 출력하는 자동 다크 레벨 보상 블락(auto dark level compensation block); 및 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하고, 상기 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하고, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상하는 디지털 신호 프로세서를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 페데스탈 레벨 보상을 위한 방법은 온도에 따른 액티브 신호와 옵티컬 블랙 신호의 다크 레벨 차이를 보상하고, 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 보상함으로써 보다 정확한 페데스탈 레벨을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템의 개략적인 블락도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 평면도를 나타낸다.
도 3은 아날로그 이득에 대한 페데스탈 레벨을 나타내는 그래프이다.
도 4는 액티브 픽셀의 다크 레벨에 대한 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 디지털 신호 프로세서의 신호 처리 블락도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 포함하는 다른 이미지 센싱 시스템의 개략적인 블락도를 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 센싱 시스템의 개략적인 블락도를 나타내며, 도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 평면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array; 110), 로우 드라이버(row driver; 120), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling(CDS)) 블락(130), 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter(ADC); 140), 램프 신호 발생기(ramp generator; 160), 타이밍 제너레이터(timing generator; 170), 제어 레지스터 블락(control register block; 180), 버퍼(buffer; 190), 및 자동 다크 레벨 보상 블락(auto dark level compensation(ADLC) block, 195)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 액티브 픽셀 영역(active pixel region; 600)과 옵티컬 블랙 픽셀 영역(optical black pixel region; 700)을 포함한다.
액티브 픽셀 영역(600)은 복수의 액티브 픽셀들(610)을 포함한다. 복수의 액티브 픽셀들(610) 각각은 빛의 파장들에 상응하는 액티브 신호를 생성한다.
복수의 액티브 픽셀들(610) 각각은 특정한 빛의 파장들을 통과시키기 위해 컬러 필터를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 컬러 필터는 가시광 영역의 파장들 중에서 레드 영역의 파장들을 통과시키는 레드 필터, 상기 가시광 영역의 파장들 중에서 그린 영역의 파장들을 통과시키는 그린 필터, 또는 상기 가시광 영역의 파장들 중에서 블루 영역의 파장들을 통과시키는 블루 필터 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 컬러 필터는 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터 (yellow filter), 및 마젠타 필터(magenta filter) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
옵티컬 블랙 픽셀 영역(700)은 복수의 옵티컬 블랙 픽셀들(710)을 포함한다. 복수의 옵티컬 블랙 픽셀들(710) 각각은 입사된 빛을 차단시켜 다크 레벨을 가지는 옵티컬 블랙 신호를 생성한다.
복수의 액티브 픽셀들(610) 각각은 광 감지 소자, 예컨대 포토(photo) 다이오드, 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode), 또는 포토 게이트(photo gate)로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라 복수의 옵티컬 블랙 픽셀들(710) 각각은 상기 광 감지 소자를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.
제어 레지스터 블락(180)은 램프 신호 발생기(160), 타이밍 제너레이터 (170), 및 버퍼(190) 각각의 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제어 레지스터 블락(180)은 카메라 컨트롤(210)의 제어하에 동작할 수 있다. 카메라 컨트롤(210)은 하드웨어 또는 상기 하드웨어를 구동시킬 수 있는 소프트웨어를 의미할 수 있다.
로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)를 행(row) 단위로 구동한다. 예컨대, 로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)에 구현된 복수의 행들 중에서 어느 하나의 행을 선택하기 위한 행 선택 신호를 생성할 수 있다.
복수의 액티브 픽셀들(610) 각각은 입사된 빛을 감지하여 액티브 리셋 신호와 액티브 신호를 CDS(130)로 출력한다. 또한, 복수의 옵티컬 블랙 픽셀들(710) 각각은 옵티컬 블랙 리셋 신호와 옵티컬 블랙 신호를 CDS(130)로 출력한다.
CDS(130)는 수신된 액티브 리셋 신호와 액티브 신호 각각에 대하여 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다. 또한, CDS(130)는 수신된 옵티컬 블랙 리셋 신호와 옵티컬 블랙 신호 각각에 대하여 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.
ADC(140)는 램프 신호 발생기(160)로부터 생성된 램프 신호와 CDS(130)로부터 출력되는 상관 이중 샘플링된 신호들 각각을 비교하여 비교 결과에 따라 복수의 비교 신호들을 출력하고, 클락 신호에 따라 상기 복수의 비교 신호들 각각이 천이되는 시간을 카운트하고 카운트 값들 각각을 버퍼(190)로 출력할 수 있다.
버퍼(190)는 ADC(130)로부터 출력된 복수의 디지털 액티브 신호들과 복수의 디지털 옵티컬 블랙 신호들을 임시 저장한 후 이들을 센싱하고 증폭하여 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 디지털 액티브 신호들 각각과 상기 복수의 디지털 옵티컬 블랙 신호들 각각은 상기 카운트 값들 각각에 대응될 수 있다.
상기 복수의 디지털 액티브 신호들은 포토 다이오드, 핀드 포토 다이오드, 또는 포토 게이트의 누설 전류(leakage current)에 의해 유발되는 다크 레벨을 포함한다.
자동 다크 레벨 보상 블록(195)은 상기 누설 전류에 의해 유발되는 다크 레벨 보상을 위해 상기 복수의 디지털 옵티컬 블랙 신호들을 이용하여 상기 복수의 디지털 액티브 신호들의 다크 레벨을 보상할 수 있다.
디지털 옵티컬 블랙 신호의 다크 레벨과 디지털 액티브 신호의 다크 레벨의 차이는 제조 공정의 변화 또는 구조의 차이로 인하여 발생하는 오프셋에 의하여 생성된다. 예컨대, 상기 차이는 온도에 따라 변할 수 있으므로, 이를 다크 레벨 차이 오차라 한다.
또한, 복수의 디지털 액티브 신호들의 시간적 노이즈 클리핑(temporal noise clipping)을 방지하기 위해, 자동 다크 레벨 보상 수행 중 오프셋(블랙 레벨 또는 페데스탈 레벨)이 부가될 수 있다.
페데스탈 레벨은 아날로그 이득에 따라 다양하게 변한다.
도 3은 아날로그 이득에 대한 페데스탈 레벨을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 점선은 이상적인 페데스탈 레벨을 나타내며, 실선은 아날로그 이득의 증가에 따른 실제 페데스탈 레벨을 나타낸다. 상기 아날로그 이득의 증가에 따라 특정 이득(REF_GAIN)에서 상기 이상적인 페데스탈 레벨과 상기 실제 페데스탈 레벨 사이에는 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00001
)이 생성된다. 이때, 온도와 적분 시간에 독립적인 오프셋을 보정하기 위해 적분 시간은 최소화된다.
온도에 따른 다크 레벨 차이 오차와, 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 보정하기 위해서, 페데스탈 레벨은 보상되어야 한다.
이미지 센서(100)는 디지털 신호 프로세서(200)의 제어에 따라 렌즈(500)를 통해 촬영된 물체(400)를 센싱하고, DSP(200)는 이미지 센서(100)에 의해 센싱되어 출력된 이미지 신호들을 디스플레이 유닛(300)으로 출력할 수 있다. 이때, 디스플레이 유닛(300)은 상기 이미지 신호들을 출력 또는 디스플레이할 수 있는 모든 장치를 포함한다. 예컨대, 디스플레이 유닛(300)은 컴퓨터, 이동 통신 장치, 및 기타 영상 출력 단말을 의미할 수 있다.
DSP(200)는 복수의 메모리들(201, 203, 및 205), 카메라 컨트롤(210), 이미지 신호 프로세서(image signal processor(ISP); 220) 및 인터페이스(interface; 230)를 포함한다.
실시 예에 따라, 복수의 메모리들(201, 203, 및 205)은 하나의 메모리로서 구현될 수 있다.
DSP(200)는 다크 레벨 차이 오차를 계산하고, 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하고, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상할 수 있다.
도 4는 75℃에서 EDS(electrical die sorting)를 이용하여 액티브 픽셀의 다크 레벨에 대한 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 기준 온도(예컨대, 75℃)에서 액티브 픽셀의 다크 레벨에 대해 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨은 다양한 값을 가진다. 즉, 기준 온도(예컨대, 75℃)에서 액티브 픽셀의 다크 레벨에 대해 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨은 분포를 형성한다.
도 1을 참조하면, 제1메모리(201)는 기준 온도(예컨대, 75℃)에서 액티브 픽셀(610)의 다크 레벨과 옵티컬 블랙 픽셀(710)의 다크 레벨의 차이, 즉 제1다크 레벨 차이(ΔDL)를 저장한다.
실시 예에 따라, 제1메모리(201)는 OTP(one time programmable) 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 제1메모리(201)는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
온도 검출기(207)는 온도에 따른 다크 레벨을 보정하기 위해 온도를 검출한다. 실시 예에 따라, 온도 검출기(207)는 DSP(200)의 외부에 구현될 수도 있다.
제2메모리(203)는 제1다크 레벨 차이(ΔDL)에 대한 제2다크 레벨 차이(ΔDL'), 즉 다크 레벨 차이 비율을 검색하기 위한 룩-업 테이블을 저장한다.
다크 레벨 차이 비율(
Figure 112010078465825-pat00002
)은 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure 112010078465825-pat00003
T는 온도를, Tref는 기준 온도를, Eg는 실리콘의 밴드갭(bandgap)을, k는 볼츠만 상수(Boltzmann's constant)를 나타낸다.
제2다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00004
)는 온도(T)에서 액티브 픽셀(610)의 다크 레벨과 옵티컬 픽셀(710)의 다크 레벨의 차이이다.
ISP(220)는 제1다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00005
)와 다크 레벨 차이 비율(
Figure 112010078465825-pat00006
)을 이용하여 온도(T)에 따른 다크 레벨 차이 오차를 계산한다.
제3메모리(205)는 기준 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 저장한다.
ISP(220)는 제3메모리(205)에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋과 아날로그 이득을 이용하여 상기 아날로그 이득에 대한 페데스탈 레벨 오프셋을 계산한다.
실시 예에 따라, 제3메모리(205)는 OTP(one time programmable) 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 제3메모리(205)는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
ISP(220)는 자동 다크 레벨 보상 블록(195)으로부터 출력된 이미지 데이터를 수신하고 수신된 이미지 데이터를 사람이 보기 좋도록 가공 또는 처리하고, 가공 또는 처리된 이미지 데이터를 I/F(230)를 통해 디스플레이 유닛(300)으로 출력한다.
예컨대, ISP(220)는 다크 레벨 차이 오차와 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하고, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상할 수 있다.
도 1에서는 ISP(220)가 DSP(200)의 내부에 위치하는 것으로 도시되었으나, 실시 예에 따라 ISP(220)는 이미지 센서(100) 내부에 위치할 수도 있다. 또한 이미지 센서(100)와 ISP(220)는 하나의 패키지, 예컨대 MCP(multi-chip package)로 구현될 수 있다.
카메라 컨트롤(210)은 제어 레지스터 블락(180)의 동작을 제어한다. 카메라 컨트롤(210)은 I2C(inter-integrated circuit)를 이용하여 이미지 센서(100), 즉, 제어 레지스터 블락(180)의 동작을 제어할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 도 1에 도시된 디지털 신호 프로세서의 신호 처리 블락도를 나타낸다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 자동 다크 레벨 보상 블록(195)은 액티브 신호 (AS)와 옵티컬 블랙 신호(OBS)를 이용하여 액티브 신호의 다크 레벨을 보상한다. 이때, 액티브 신호(AS)의 시간적 노이즈 클리핑(temporal noise clipping)을 방지하기 위해, 자동 다크 레벨 보상 동작이 수행되는 도중에 페데스탈 레벨(ped')이 부가된다.
페데스탈 레벨(ped')은 액티브 신호(AS)와 옵티컬 블랙 신호(OBS)에 대한 다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00007
)와 아날로그 이득에 대한 페데스탈 레벨 오프셋 (
Figure 112010078465825-pat00008
)에 의해 변화하므로, 페데스탈 레벨(ped')은 보정되어야 한다.
따라서, DSP(200)는 다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00009
)와 페데스탈 레벨 오프셋 (
Figure 112010078465825-pat00010
)에 따라 페데스탈 레벨(Ped')을 보상한다.
다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00011
)를 계산하기 위해, 온도 검출기(207)는 이미지 센서(100) 또는 DSP(200)의 온도(T)를 검출한다.
ISP(220)는 제2메모리(203)에 저장된 룩-업 테이블(LUT)을 이용하여 제1다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00012
)에 대한 제2다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00013
), 즉 다크 레벨 차이 비율 (
Figure 112010078465825-pat00014
)을 검색한다.
제1다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00015
)는 기준 온도(예컨대, 75℃)에서 액티브 픽셀(610)의 다크 레벨과 옵티컬 블랙 픽셀(710)의 다크 레벨의 차이이고, 제2다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00016
)는 검출된 온도(T)에서 액티브 픽셀(610)의 다크 레벨과 옵티컬 픽셀 (710)의 다크 레벨의 차이이다.
ISP(220)는 제1메모리(201)에 저장된 제1다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00017
)와 제2메모리 (203)에 저장된 다크 레벨 차이 비율(
Figure 112010078465825-pat00018
)을 이용하여 제2다크 레벨 차이 (
Figure 112010078465825-pat00019
)를 계산하고, 제2다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00020
)와 적분 시간(IT)과 아날로그 이득(AG)을 이용하여 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00021
)를 계산한다.
적분 시간(IT)과 아날로그 이득(AG)은 DSP(200) 동작들 중의 하나인 자동 노출 제어(auto exposure (AE) control)에 의해 출력된다.
기준 아날로그 이득에 대한 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00022
)은 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00023
)을 계산하기 위하여 제3메모리(205)에 저장된다. 이때, 온도와 적분 시간에 독립적인 오프셋을 보정하기 위해 적분 시간은 최소화된다.
ISP(220)는 제3메모리(205)에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋 (
Figure 112010078465825-pat00024
)과 아날로그 이득(AG)을 이용하여 아날로그 이득에 대한 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00025
)을 계산한다.
ISP(220)는 다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00026
)와 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00027
)을 이용하여 페데스탈 레벨(Ped')을 보상한다. 즉, ISP(220)는, 보상된 페데스탈 레벨(Ped'')을 이용하여, 처리된 이미지 데이터를 인터페이스(230)를 통해 디스플레이 유닛(300)으로 출력한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, ISP(200)는 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차 (
Figure 112010078465825-pat00028
)를 계산한다(S10).
즉, ISP(220)는 제1메모리(201)에 저장된 제1다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00029
)와 제2메모리(203)에 저장된 다크 레벨 차이 비율(
Figure 112010078465825-pat00030
)을 이용하여 제2다크 레벨 차이 (
Figure 112010078465825-pat00031
)를 계산하고, 제2다크 레벨 차이(
Figure 112010078465825-pat00032
)와 적분 시간(IT)과 아날로그 이득(AG)를 이용하여 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00033
)를 계산한다.
ISP(200)는 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00034
)을 계산한다(S20). 즉, ISP(220)는 제3메모리(205)에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋 (
Figure 112010078465825-pat00035
)과 아날로그 이득(AG)을 이용하여 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00036
)을 계산한다.
ISP(200)는 다크 레벨 차이 오차(
Figure 112010078465825-pat00037
)와 페데스탈 레벨 오프셋(
Figure 112010078465825-pat00038
)에 따라 페데스탈 레벨을 보상한다(S30).
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 포함하는 다른 이미지 센싱 시스템의 개략적인 블락도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 이미지 센싱 시스템(1000)은 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multi-media player), 또는 스마트 폰(smart phone)으로 구현될 수 있다.
이미지 센싱 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010), 이미지 센서 (1040), 및 디스플레이(1050)를 포함한다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 CSI 호스트(1012)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface(CSI))를 통하여 이미지 센서(1040)의 CSI 장치(1041)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, CSI 호스트(1012)에는 광 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있고, CSI 장치(1041)에는 광 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다. 이미지 센서(1040)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 이미지 센서 (100)를 의미한다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 DSI 호스트(1011)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI))를 통하여 디스플레이(1050)의 DSI 장치(1051)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(1011)에는 광 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있고, DSI 장치(1051)에는 광 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다.
이미지 센싱 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010)와 통신할 수 있는 RF 칩(1060)을 더 포함할 수 있다. 이미지 센싱 시스템(1000)의 PHY(1013)와 RF 칩(1060)의 PHY(1061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
이미지 센싱 시스템(1000)은 GPS(1020), 스토리지(1070), 마이크(1080), DRAM(1085) 및 스피커(1090)를 더 포함할 수 있으며, 이미지 센싱 시스템(1000)은 Wimax(1030), WLAN(1100) 및 UWB(1110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 ; 이미지 센서 201 ; 제1메모리
110 ; 픽셀 어레이 203 ; 제2메모리
120 ; 로우 드라이버 205 ; 제3메모리
130 ; 상관 이중 샘플링 블락 207 ; 온도 검출기
140 ; 아날로그 디지털 컨버터 210 ; 카메라 컨트롤
160 ; 램프 신호 발생기 220 ; 이미지 신호 프로세서
170 ; 타이밍 제너레이터 230 ; PC I/F
180 ; 제어 레지스터 블락 600 ; 액티브 픽셀 영역
190 ; 버퍼 610 ; 액티브 픽셀
195 ; 자동 다크 레벨 보상 블락 700 ; 옵티컬 블랙 픽셀 영역
200 ; 이미지 프로세서 710 ; 옵티컬 블랙 픽셀

Claims (10)

  1. 기준 온도에서 액티브 픽셀의 다크 레벨과 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제1다크 레벨 차이와 온도에서 상기 액티브 픽셀의 다크 레벨과 상기 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제2다크 레벨 차이에 기초하여, 상기 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계;
    아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계; 및
    상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상하는 단계를 포함하는 페데스탈 레벨 보상 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계는,
    상기 제1다크 레벨 차이를 메모리에 저장하는 단계;
    상기 온도를 검출하는 단계;
    룩-업 테이블에서 상기 제1다크 레벨 차이에 대한 상기 제2다크 레벨 차이인 다크 레벨 차이 비율을 검색하는 단계; 및
    상기 제1다크 레벨 차이와 상기 다크 레벨 차이 비율을 이용하여 상기 온도에 따른 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 단계를 포함하는 페데스탈 레벨 보상 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 메모리는,
    OTP(one time programmable) 메모리로 구현되는 페데스탈 레벨 보상 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계는,
    기준 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 메모리에 저장하는 단계; 및
    상기 메모리에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋과 상기 아날로그 이득을 이용하여 상기 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 단계를 포함하는 페데스탈 레벨 보상 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 메모리는,
    OTP(one time programmable) 메모리로 구현되는 페데스탈 레벨 보상 방법.
  6. 입사된 빛에 상응하는 액티브 신호를 생성하는 액티브 픽셀과, 상기 빛을 차단시켜 옵티컬 블랙 신호를 생성하는 옵티컬 블랙 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 액티브 신호와 상기 옵티컬 블랙 신호를 이용하여 다크 레벨을 보상하고, 온도에 따른 다크 레벨 차이 오차와 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 포함하는 보상된 액티브 신호를 출력하는 자동 다크 레벨 보상 블락; 및
    상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하고, 상기 다크 레벨 차이 오차와 상기 페데스탈 레벨 오프셋에 따라 페데스탈 레벨을 보상하는 디지털 신호 프로세서를 포함하고,
    상기 디지털 신호 프로세서는 기준 온도에서 상기 액티브 픽셀의 다크 레벨과 상기 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제1다크 레벨 차이와 상기 온도에서 상기 액티브 픽셀의 다크 레벨과 상기 옵티컬 블랙 픽셀의 다크 레벨의 차이인 제2다크 레벨 차이에 기초하여, 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서는,
    상기 제1다크 레벨 차이를 저장하는 제1메모리;
    상기 제1다크 레벨 차이에 대한 상기 제2다크 레벨 차이인 다크 레벨 차이 비율을 검색하는 룩업 테이블을 저장하는 제2메모리; 및
    상기 제1다크 레벨 차이와 상기 다크 레벨 차이 비율을 이용하여 상기 온도에 따른 상기 다크 레벨 차이 오차를 계산하는 이미지 신호 프로세서를 포함하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서는,
    상기 온도를 검출하는 온도 검출기를 더 포함하는 이미지 센서.
  9. 제7항에 있어서, 상기 디지털 신호 프로세서는,
    기준 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 저장하는 제3메모리를 더 포함하며,
    상기 이미지 신호 프로세서는,
    상기 제3메모리에 저장된 페데스탈 레벨 오프셋과 상기 아날로그 이득을 이용하여 상기 아날로그 이득에 따른 페데스탈 레벨 오프셋을 계산하는 이미지 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1메모리와 상기 제3메모리 각각은,
    OTP(one time programmable) 메모리로 구현되는 이미지 센서.
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