KR102275711B1 - 이미지 센서 및 이미지 센서의 데이터 출력 방법 - Google Patents
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Abstract
글로벌 셔터 모드 및 롤링 셔터 모드를 구현할 수 있는 이미지 센서가 개시된다. 이미지 센서는 로우 드라이버, 픽셀 어레이, 아날로그-디지털 컨버터 및 출력 보정 회로를 포함할 수 있다. 로우 드라이버는 리셋 동작, 트랜스퍼 동작, 및 리드 동작을 위한 디코딩을 수행하고, 오버 플로우(overflow) 제어신호, 스토리지 제어신호, 전달 제어신호, 리셋 제어신호 및 로우 선택신호를 발생한다. 픽셀 어레이는 롤링 셔터 모드에서 제 1 로우 그룹(row group)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행하고, 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 전달 제어신호, 리셋 제어신호 및 로우 선택신호에 응답하여 전기적 신호를 영상 신호로서 출력한다. 따라서, 이미지 센서는 고속 동영상 촬영이 가능하다.
Description
본 발명은 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 처리 장치에 관한 것이다.
이미지 센서, 특히 CMOS 이미지 센서는 휴대폰 카메라, 디지털 스틸 카메라등에 장착되어, 시야에 전개되는 영상을 촬상하여 전기적 신호로 변환하고, 변환된 영상 신호를 디지털 신호로 바꾸어 전송한다. CMOS 이미지 센서에서 출력되는 디지털 영상 신호는 3 가지 색(Red, Green, Blue) 칼라 이미지 데이터이고, 디지털 영상 신호는 신호처리되어 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 디스플레이 장치를 구동한다.
본 발명의 목적은 품질 저하 없이 글로벌 셔터 모드와 롤링 셔터 모드를 모두 구현할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 품질 저하 없이 글로벌 셔터 모드와 롤링 셔터 모드를 모두 구현할 수 있는 이미지 센서의 데이터 출력 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 이미지 센서는 로우 드라이버, 픽셀 어레이, 아날로그-디지털 컨버터 및 출력 보정 회로를 포함할 수 있다.
로우 드라이버는 리셋 동작, 트랜스퍼 동작, 및 리드 동작을 위한 디코딩을 수행하고, 오버 플로우(overflow) 제어신호, 스토리지 제어신호, 전달 제어신호, 리셋 제어신호 및 로우 선택신호를 발생한다. 픽셀 어레이는 롤링 셔터 모드에서 제 1 로우 그룹(row group)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행하고, 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 전달 제어신호, 상기 리셋 제어신호 및 상기 로우 선택신호에 응답하여 상기 전기적 신호를 영상 신호로서 출력한다. 아날로그-디지털 컨버터는 상기 영상 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하고 제 1 신호들을 발생한다. 출력 보정 회로는 상기 제 1 신호들을 보정하여 제 2 신호들을 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 글로벌 셔터 모드에서, 상기 리셋 동작 및 상기 트랜스퍼 동작은 각각 상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹에 대해 동시에 수행되며, 상기 제 1 로우 그룹에 대해 리드 동작이 완료된 후 상기 제 2 로우 그룹에 대해 리드 동작이 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹 각각은 하나 이상의 로우를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹 각각은 1 개, 2 개, 4 개, 또는 8 개의 로우를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 제 1 프레임의 리드 동작이 완료되기 전에 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우 그룹에 대하여 제 1 프레임의 리드 동작을 수행하는 동안 제 1 로우 그룹에 대하여 제 2 프레임의 트랜스퍼 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 상기 마지막 로우 그룹에 대하여 상기 제 1 프레임의 리드 동작을 수행하는 동안 상기 제 2 로우 그룹에 대하여 제 2 프레임의 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 상기 마지막 로우 그룹에 대하여 상기 제 1 프레임의 트랜스퍼 동작을 수행하는 동안 상기 제 2 로우 그룹에 대하여 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 상기 제 1 로우 그룹에 대한 리드 동작을 완료한 후 상기 제 2 로우 그룹에 대한 리드 동작을 수행하고, 상기 제 2 로우 그룹에 대한 리드 동작을 완료된 후 제 3 로우 그룹에 대한 리드 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 로우 드라이버는 리셋 동작을 제어하는 리셋 제어 회로, 트랜스퍼 동작을 제어하는 트랜스퍼 제어 회로, 리드 동작을 제어하는 리드 제어 회로, 및 상기 리셋 제어 회로의 출력신호들, 상기 트랜스퍼 제어 회로의 출력신호들, 및 상기 리드 제어 회로의 출력신호들에 대해 논리 합 연산을 수행하는 논리합 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 리셋 제어 회로는 리셋 디코더 및 논리곱 회로를 포함할 수 있다.
리셋 디코더는 m개의 신호를 디코딩하여 n 개(n=2m)의 펄스 신호를 발생한다. 논리곱 회로는 제 1 스토리지 제어신호, 제 1 전달 제어신호, 및 제 1 오버 플로우 제어신호 각각과 상기 리셋 디코더의 출력신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 제 1 디코딩된(decoded) 스토리지 제어신호, 제 1 디코딩된 전달 제어신호, 및 제 1 디코딩된 오버 플로우 제어신호를 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 트랜스퍼 제어 회로는 트랜스퍼 디코더 및 논리곱 회로를 포함할 수 있다.
트랜스퍼 디코더는 m개의 신호를 디코딩하여 n 개(n=2m)의 펄스 신호를 발생한다. 논리곱 회로는 제 2 스토리지 제어신호, 제 2 전달 제어신호, 제 1 리셋 제어신호, 및 제 2 오버 플로우 제어신호 각각과 상기 트랜스퍼 디코더의 출력신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 제 2 디토딩된 스토리지 제어신호, 제 2 디코딩된 전달 제어신호, 제 1 디코딩된 리셋 제어신호 및 제 2 디코딩된 오버 플로우 제어신호를 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 리드 제어 회로는 리드 디코더 및 논리곱 회로를 포함할 수 있다.
리드 디코더는 m개의 신호를 디코딩하여 n 개(n=2m)의 펄스 신호를 발생한다. 논리곱 회로는 제 2 리셋 제어신호, 제 3 전달 제어신호, 및 제 1 로우 선택신호 각각과 상기 리드 디코더의 출력신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 제 2 디코딩된 리셋 제어신호, 제 3 디코딩된(decoded) 전달 제어신호, 및 제 1 디코딩된 로우 선택신호를 발생한다.
본 발명의 다른 하나의 실시형태에 따른 이미지 센서는 로우 드라이버, 픽셀 어레이, 아날로그-디지털 컨버터 및 출력 보정 회로를 포함할 수 있다.
로우 드라이버는 리셋 동작, 트랜스퍼 동작, 및 리드 동작을 위한 디코딩을 수행하고, 오버 플로우(overflow) 제어신호, 스토리지 제어신호, 전달 제어신호, 리셋 제어신호 및 로우 선택신호를 발생한다. 픽셀 어레이는 롤링 셔터 모드에서 이전 로우(row)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 현재 로우에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행하고, 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 전달 제어신호, 상기 리셋 제어신호 및 상기 로우 선택신호에 응답하여 상기 전기적 신호를 영상 신호로서 출력한다. 아날로그-디지털 컨버터는 상기 영상 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하고 제 1 신호들을 발생한다. 출력 보정 회로는 상기 제 1 신호들을 보정하여 제 2 신호들을 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 글로벌 셔터 모드에서, 상기 리셋 동작 및 상기 트랜스퍼 동작은 각각 상기 이전 로우 및 상기 현재 로우에 대해 동시에 수행되며, 상기 이전 로우에 대해 리드 동작이 완료된 후 상기 현재 로우에 대해 리드 동작이 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 제 1 프레임의 리드 동작이 완료되기 전에 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임의 리드 동작을 수행하는 동안 제 1 로우에 대하여 제 2 프레임의 트랜스퍼 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따른 복수의 로우(row)를 갖고 글로벌 셔터 모드 및 롤링 셔터 모드에서 동작하는 이미지 센서의 데이터 출력 방법은 롤링 셔터 모드에서 제 1 로우 그룹에 대해 리셋 동작을 수행하는 단계; 제 2 로우 그룹에 대해 리셋 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 로우 그룹에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 단계; 상기 제 1 로우 그룹에 대해 리드 동작을 수행하는 동안, 상기 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼 동작을 수행하는 단계; 및 상기 제 2 로우 그룹에 대해 리드 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 글로벌 셔터 모드에서 상기 이미지 센서의 데이터 출력 방법은 모든 로우에 대해 리셋 동작을 수행하는 단계; 상기 모든 로우에 대해 트랜스퍼 동작을 수행하는 단계; 및 상기 로우들 각각에 대해 순차적으로 리드 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 로우 드라이버 내에 리셋 제어 회로, 트랜스퍼 제어 회로, 및 리드 제어 회로를 별도로 구비하여 롤링 셔터 모드에서 제 1 로우 그룹(row group)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행한다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 롤링 셔터 모드에서, 제 1 프레임의 리드 동작이 완료되기 전에 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 이미지 센서는 글로벌 셔터 모드뿐만 아니라 롤링 셔터 모드에서도 품질의 저하 없이 고속으로 동영상 촬영이 가능하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 로우 드라이버의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 도 2의 로우 드라이버에 포함된 리셋 제어 회로, 트랜스퍼 제어 회로, 및 리드 제어 회로의 하나의 예를 나타내는 블록도들이다.
도 6은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 칼라 필터 패턴의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 단위 픽셀을 구동하는 픽셀 구동회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 글로벌 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이로부터 데이터가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 글로벌 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 10은 종래의 롤링 셔터 모드에서 동작하는 이미지 센서의 픽셀 구동회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 11은 도 10의 픽셀 구동회로에 의해 구동되는 픽셀 어레이로부터 데이터가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 도 10의 픽셀 구동회로를 포함하는 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 13은 롤링 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 이미지 센서의 동작을 위한 로우 어드레스들을 나타내는 타이밍도이다.
도 15는 롤링 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작의 다른 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 16 내지 도 19는 실시예에 따른 이미지 센서의 데이터 출력 방법을 나타내는 흐름도들이다.
도 20은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 21은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 로우 드라이버의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 도 2의 로우 드라이버에 포함된 리셋 제어 회로, 트랜스퍼 제어 회로, 및 리드 제어 회로의 하나의 예를 나타내는 블록도들이다.
도 6은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 칼라 필터 패턴의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이의 단위 픽셀을 구동하는 픽셀 구동회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 글로벌 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이로부터 데이터가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 글로벌 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 10은 종래의 롤링 셔터 모드에서 동작하는 이미지 센서의 픽셀 구동회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 11은 도 10의 픽셀 구동회로에 의해 구동되는 픽셀 어레이로부터 데이터가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 도 10의 픽셀 구동회로를 포함하는 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 13은 롤링 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 이미지 센서의 동작을 위한 로우 어드레스들을 나타내는 타이밍도이다.
도 15는 롤링 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작의 다른 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 16 내지 도 19는 실시예에 따른 이미지 센서의 데이터 출력 방법을 나타내는 흐름도들이다.
도 20은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 21은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 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 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 개시된 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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 타이밍 컨트롤러(110), 로우 드라이버(120), 램프(ramp) 신호 발생기(130), 픽셀 어레이(140), 아날로그-디지털 컨버터(150), 출력 보정 회로(160) 및 버퍼 회로(170)를 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(110)는 로우(row) 드라이버(120) 및 아날로그-디지털 컨버터(150)의 동작을 제어하기 위한 제어신호들을 발생한다. 로우 드라이버(120)는 리셋 동작, 트랜스퍼 동작, 및 리드 동작을 위한 디코딩을 수행하고, 타이밍 컨트롤러(110)의 제어에 응답하여 픽셀 어레이(140)의 동작을 제어하기 위한 제어신호들(OG, SG, TG, RG, SEL)을 발생한다. 로우 드라이버(120)는 리셋 동작을 제어하는 리셋 제어 회로(122), 트랜스퍼 동작을 제어하는 트랜스퍼 제어 회로(124), 및 리드 동작을 제어하는 리드 제어 회로(126)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(140)는 롤링 셔터 모드에서 이전 로우(row)에 대해 리드(read) 동작을 수행되는 동안, 현재 로우에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행되고, 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 오버 플로우(overflow) 제어신호(OG), 스토리지 제어신호(SG), 전달 제어신호(TG), 리셋 제어신호(RG) 및 로우 선택신호(SEL)에 응답하여 상기 전기적 신호를 영상 신호로서 출력한다. 픽셀 어레이(140)는 복수의 픽셀(pixel)들을 포함하며, 레드(red) 스펙트럼 영역의 빛을 전기신호로 변환하기 위한 레드 픽셀, 그린(green) 스펙트럼 영역의 빛을 전기신호로 변환하기 위한 그린 픽셀, 및 블루(blue) 스펙트럼 영역의 빛을 전기신호로 변환하기 위한 블루 픽셀을 포함할 수 있다. 램프 신호 발생기(130)는 램프(ramp) 신호를 발생한다. 아날로그-디지털 컨버터(150)는 상기 램프(ramp)와 상기 타이밍 컨트롤러(110)로부터 수신한 클럭신호(CLK_CNT)에 응답하여 픽셀 어레이(140)로부터 아날로그 형태의 영상 신호를 수신하고, 이 영상 신호를 디지털 신호로 변환한다. 아날로그-디지털 컨버터(150)는 CDS(Correlated Double Sampling) 방식을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 출력 보정 회로(160)는 아날로그-디지털 컨버터(150)의 출력 데이터의 에러를 보정한다. 버퍼 회로(170)는 출력 보정 회로(160)의 출력신호를 래치하고 증폭하여 센서 출력신호(SOUT)를 발생한다.
이미지 센서(100)는 글로벌 셔터 모드에서, 리셋 동작 및 트랜스퍼 동작은 각각 이전 로우 및 현재 로우에 대해 동시에 수행하며, 이전 로우에 대해 리드 동작을 완료한 후 상기 현재 로우에 대해 리드 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 제 1 프레임의 리드 동작이 완료되기 전에 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임의 리드 동작을 수행하는 동안 제 1 로우에 대하여 제 2 프레임의 트랜스퍼 동작을 수행하고, 제 3 로우에 대하여 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임의 리드 동작을 수행하는 동안 제 2 로우에 대하여 제 2 프레임의 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임의 트랜스퍼 동작을 수행하는 동안 제 2 로우에 대하여 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 상기 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임의 전하 축적(charge integration)을 수행하는 동안 제 1 로우에 대하여 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 상기 롤링 셔터 모드에서, 제 1 로우에 대한 리드 동작을 완료한 후 제 2 로우에 대한 리드 동작을 수행하고, 제 2 로우에 대한 리드 동작을 완료된 후 제 3 로우에 대한 리드 동작을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 로우 드라이버의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 로우 드라이버(120)는 리셋 동작을 제어하는 리셋 제어 회로(122), 트랜스퍼 동작을 제어하는 트랜스퍼 제어 회로(124), 리드 동작을 제어하는 리드 제어 회로(126), 및 리셋 제어 회로(122)의 출력신호들, 트랜스퍼 제어 회로(124)의 출력신호들, 및 리드 제어 회로(126)의 출력신호들에 대해 논리 합 연산을 수행하는 논리합 회로(128)를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 각각 도 2의 로우 드라이버에 포함된 리셋 제어 회로, 트랜스퍼 제어 회로, 및 리드 제어 회로의 하나의 예를 나타내는 블록도들이다.
도 3을 참조하면, 리셋 제어 회로(122)는 리셋 디코더(122_1) 및 논리곱 회로(122_2)를 포함할 수 있다.
리셋 디코더(122_1)는 m개의 신호를 디코딩하여 n 개(n=2m)의 펄스 신호를 발생한다. 논리곱 회로(122_2)는 제 1 스토리지 제어신호(XSG1), 제 1 전달 제어신호(XTG1), 및 제 1 오버 플로우 제어신호(XOG1) 각각과 리셋 디코더(122_1)의 출력신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 제 1 디코딩된(decoded) 스토리지 제어신호(SG_1), 제 1 디코딩된 전달 제어신호(TG_1), 및 제 1 디코딩된 오버 플로우 제어신호(OG_1)를 발생한다.
예를 들어, 제 1 스토리지 제어신호(XSG1)와 리셋 디코더(122_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 1 디코딩된(decoded) 스토리지 제어신호(SG_1)가 발생될 수 있다. 또한, 제 1 전달 제어신호(XTG1)와 리셋 디코더(122_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 1 디코딩된 전달 제어신호(TG_1)가 발생될 수 있다.
도 4를 참조하면, 트랜스퍼 제어 회로(124)는 트랜스퍼 디코더(124_1) 및 논리곱 회로(124_2)를 포함할 수 있다.
트랜스퍼 디코더(124_1)는 m개의 신호를 디코딩하여 n 개(n=2m)의 펄스 신호를 발생한다. 논리곱 회로(124_2)는 제 2 스토리지 제어신호(XSG2), 제 2 전달 제어신호(XTG2), 제 1 리셋 제어신호(XRG1), 및 제 2 오버 플로우 제어신호(XOG2) 각각과 트랜스퍼 디코더(124_1)의 출력신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 제 2 디토딩된 스토리지 제어신호(SG_2), 제 2 디코딩된 전달 제어신호(TG_2), 제 1 디코딩된 리셋 제어신호(RG_1) 및 제 2 디코딩된 오버 플로우 제어신호(OG_2)를 발생한다.
예를 들어, 제 2 스토리지 제어신호(XSG2)와 트랜스퍼 디코더(124_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 2 디토딩된 스토리지 제어신호(SG_2)가 발생될 수 있다. 또한, 제 2 전달 제어신호(XTG2)와 트랜스퍼 디코더(124_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 2 디코딩된 전달 제어신호(TG_2)가 발생될 수 있다. 또한, 제 1 리셋 제어신호(XRG1)와 트랜스퍼 디코더(124_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 1 디코딩된 리셋 제어신호(RG_1)가 발생될 수 있다.
도 5를 참조하면, 리드 제어 회로(126)는 리드 디코더(126_1) 및 논리곱 회로(126_2)를 포함할 수 있다.
리드 디코더(126_1)는 m개의 신호를 디코딩하여 n 개(n=2m)의 펄스 신호를 발생한다. 논리곱 회로(126_2)는 제 2 리셋 제어신호(XRG2), 제 3 전달 제어신호(XTG3), 및 제 1 로우 선택신호(XSEL) 각각과 리드 디코더(126_1)의 출력신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 제 2 디코딩된 리셋 제어신호(RG_2), 제 3 디코딩된(decoded) 전달 제어신호(TG_3), 및 제 1 디코딩된 로우 선택신호(SEL_1)를 발생한다.
예를 들어, 제 2 리셋 제어신호(XRG2)와 리드 디코더(126_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 2 디코딩된 리셋 제어신호(RG_2)가 발생될 수 있다. 또한, 제 3 전달 제어신호(XTG3)와 리드 디코더(126_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 4 전달 제어신호(TG_3)가 발생될 수 있다. 또한, 제 1 로우 선택신호(XSEL)와 리드 디코더(126_1)의 출력신호들인 n 개의 펄스 신호들에 대해 논리곱 연산을 수행하여 n 비트의 제 1 디코딩된 로우 선택신호(SEL_1)가 발생될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 논리합 회로(128)는 리셋 제어 회로(122)의 출력신호들, 트랜스퍼 제어 회로(124)의 출력신호들, 및 리드 제어 회로(126)의 출력신호들에 대해 논리 합 연산을 수행하고, 스토리지 제어신호(SG), 전달 제어신호(TG), 리셋 제어신호(RG), 오버 플로우 제어신호(OG) 및 선택신호(SEL)를 발생할 수 있다.
예를 들어, 스토리지 제어신호(SG)는 리셋 제어 회로(122)의 출력신호인 제 1 디코딩된 스토리지 제어신호(SG_1)와 트랜스퍼 제어 회로(124)의 출력신호인 제 2 디코딩된 스토리지 제어신호(SG_2)에 대해 논리합 연산을 수행하여 발생될 수 있다. 또한, 전달 제어신호(TG)는 리셋 제어 회로(122)의 출력신호인 제 1 디코딩된 전달 제어신호(TG_1), 트랜스퍼 제어 회로(124)의 출력신호인 제 2 디코딩된 전달 제어신호(TG_2), 및 리드 제어 회로(126)의 출력신호인 제 3 디코딩된 전달 제어신호(TG_3)에 대해 논리합 연산을 수행하여 발생될 수 있다.
도 6은 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이(140)의 칼라 필터 패턴의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 픽셀 어레이(140)에 포함된 각 픽셀의 상부에 특정 칼라의 빛만 받아들이도록 하는 칼라 필터를 배치한다. 예를 들어, 픽셀 어레이(140)에 포함된 각 픽셀의 상부에 3 가지 종류의 칼라 필터를 배치할 수 있다. 일반적으로, 칼라 필터는 한 로우(row)에 R(red), G(green)의 2 가지 칼라의 제 1 패턴, 다음 로우에 G(green), B(blue)의 2 가지 칼라의 제 2 패턴을 배치하는 베이어(Bayer) 패턴으로 배치될 수 있다. 휘도 신호와 관련이 있는 G(green) 칼라는 모든 로우에 배치되고, R(red) 칼라와 B(blue) 칼라는 각 로우마다 엇갈리게 배치되어 해상도를 높인다.
상기와 같은 픽셀 구조를 갖는 이미지 센서(100)에서, 픽셀 어레이(140)는 포토 다이오드(photo diode)를 이용하여 빛을 감지하고, 전기적 신호로 변환하여 영상 신호를 생성한다.
도 7은 도 1의 이미지 센서(100)에 포함된 픽셀 어레이의 단위 픽셀을 구동하는 픽셀 구동회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 픽셀 구동회로는 포토 다이오드(PD), 스토리지 다이오드(SD) 및 NMOS 트랜지스터들(MN1, MN2, MN3, MN4, MN5, MN6)을 포함할 수 있다. 제 1 NMOS 트랜지스터(MN1)는 스토리지 트랜지스터(storage transistor)라고 불리며, 스토리지 제어신호(SG)에 응답하여 동작하며 포토 다이오드(PD)에서 발생된 전하를 스토리지 다이오드(SD)에 전달한다. 스토리지 다이오드(SD)의 캐소드(cathode)는 스토리지 다이오드 영역이 된다. 제 2 NMOS 트랜지스터(MN2)는 전달 트랜지스터(transfer transistor)라고 불리며, 전달 제어신호(TG)에 응답하여 동작하며 스토리지 다이오드(SD)에 축적된 전하를 플로팅 확산(floating diffusion) 노드(FD)에 전달한다. 제 3 NMOS 트랜지스터(MN3)는 리셋 트랜지스터(reset transistor)라고 불리며, 리셋 제어신호(RG)에 응답하여 동작하며 전원 전압(VDD)을 사용하여 플로팅 확산 노드(FD)를 리셋시킨다. 제 4 NMOS 트랜지스터(MN4)는 구동 트랜지스터(driving transistor)라고 불리며, 플로팅 확산 노드(FD)의 전압에 응답하여 동작하며 스토리지 다이오드(SD)에서 플로팅 확산노드(FD)에 전달된 전하의 양에 비례하는 전기 신호를 출력한다. 제 5 NMOS 트랜지스터(MN5)는 선택 트랜지스터(selecting transistor)라고 불리며, 로우(row) 선택 신호(SEL)에 응답하여 동작하며 제 4 NMOS 트랜지스터(MN4)의 출력신호를 아날로그-디지털 컨버터(150)에 전송한다. 제 6 NMOS 트랜지스터(MN6)는 오버 플로우(overflow) 제어신호(OG)에 응답하여 동작하며, 포토 다이오드(PD) 영역, 즉 포토 다이오드(PD)의 캐소드에 전하가 넘치는 것을 방지하는 기능을 한다. 도 7을 참조하면, 반도체 집적회로에서 제 1 NMOS 트랜지스터(MN1)의 게이트 단자는 스토리지 다이오드(SD) 표면까지 덮을 수 있다.
도 7의 픽셀 구동회로는 동작에 필요한 제어신호들(OG, SG, TG, RG, SEL)의 상태에 따라 롤링 셔터(rolling shutter) 모드 또는 글로벌 셔터(global shutter) 모드로 동작할 수 있다. 롤링 셔터 모드에서는, 한 프레임 내의 각 로우(row)의 포토 다이오드(PD)로부터 광전 변화된 신호가 차례로 선택되고 한 로우씩 스토리지 다이오드(SD)에 전달된다. 글로벌 셔터 모드에서는, 한 프레임 내의 모든 포토 다이오드(PD)로부터 광전 변화된 전체 신호가 한번에 스토리지 다이오드(SD)에 전달된 후 순차적으로 플로팅 확산노드(FD)에 전달된다.
도 7의 픽셀 구동회로가 롤링 셔터 모드 또는 글로벌 셔터 모드로 동작할 때, 로우 선택 신호(SEL)에 의해 선택된 로우의 각 픽셀에서 리셋 제어신호(RG)가 디스에이블된 후 전원전압(VDD)으로부터 전달된 플로팅 확산노드(FD)의 신호가 리셋 신호(VRES)로서 출력되고, 전달 제어신호(TG)가 인에이블될 때 포토 다이오드(PD)로부터 플로팅 확산노드(FD)에 전달된 신호가 영상 신호(VSIG)로서 출력된다. 일반적으로, 리셋 신호(VRES)가 먼저 출력된 후, 영상 신호(VSIG)가 출력될 수 있다. CDS(Correlated Double Sampling) 방식을 이용하여 아날로그-디지털 변환을 수행할 경우, 아날로그-디지털 컨버터(150)는 영상 신호(VSIG)와 리셋 신호(VRES)의 차이에 기초하여 아날로그 형태의 영상 신호(VSIG)를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 픽셀 구동회로에 인가되는 제어신호들(OG, SG, TG, RG, SEL)은 도 1의 로우 드라이버(120)에 의해 발생될 수 있다.
도 8은 글로벌 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이로부터 데이터가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이고, 도 9는 글로벌 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 리셋 동작(Reset)은 RG, SG 및 TG가 인에이블되고, SEL 및 OG는 디스에이블될 때 이루어진다. 즉, 도 7에서 MN3, MN2 및 MN1이 온 상태에서 리셋 동작(Reset)이 이루어진다. 트랜스퍼 동작(Trans)은 SG가 인에이블되고, RG, TG, SEL 및 OG는 디스에이블될 때 이루어진다. 즉, 도 7에서 MN1이 온 상태에서 포토 다이오드(PD)에 의해 발생된 전자들이 스토리지 다이오드(SD)에 전달된다. 리드 동작(READ)은 리셋 신호(VRES)의 리드 동작과 영상 신호(VSIG)의 리드 동작을 포함할 수 있다. SEL 및 OG가 인에이블되고, RG, SG 및 TG가 디스에이블 될 때 리셋 신호(VRES)가 리드되고, TG가 인에이블 된 후에 영상 신호(VSIG)가 리드된다. 즉, 도 7에서, MN5, MN3 및 MN6이 온 상태에서 MN3이 오프 상태가 된 후 리셋 신호(VRES)의 리드 동작이 이루어지고, 이 상태에서 MN2가 온 상태가 된 후 영상 신호(VSIG)의 리드 동작(READ)이 이루어진다. 상기한 바와 같이, 스토리지 제어신호(SG)는 도 2에 도시된 바와 같이 리셋 제어 회로(122)의 출력신호인 제 2 스토리지 제어신호(SG_1)와 트랜스퍼 제어 회로(124)의 출력신호인 제 3 스토리지 제어신호(SG_2)에 대해 논리합 연산을 수행하여 발생될 수 있다. 도 8의 스토리지 제어신호(SG)에 포함된 펄스(P_R)은 제 2 스토리지 제어신호(SG_1)에 포함된 펄스에 대응되며, 펄스(P_T)은 제 3 스토리지 제어신호(SG_2)에 포함된 펄스에 대응될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서(100)는 글로벌 셔터 모드에서, 리셋 동작(Reset) 및 트랜스퍼 동작(Trans)은 각각 이전 로우 및 현재 로우에 대해 동시에 수행하며, 이전 로우에 대해 리드 동작(Read)을 완료한 후 상기 현재 로우에 대해 리드 동작을 수행할 수 있다. 즉, 글로벌 셔터 모드에서 리셋 동작 및 트랜스퍼 동작은 로우들(0, 1, 2, Last)에 대해 동시에 이루어지고, 리드 동작은 로우들(0, 1, 2, Last)에 대해 순차적으로 이루어진다. 제 2 프레임(frame2)에 대한 리셋 동작은 제 1 프레임(frame1)에 대한 리드 동작이 완료된 후에 이루어진다. 리셋 동작(Reset) 및 트랜스퍼 동작(Trans) 사이에는 포토 다이오드(PD)에 빛에 의해 발생된 전하가 축적되는 데 필요한 축적 시간(TIME_I)이 존재한다.
도 10은 종래의 롤링 셔터 모드에서 동작하는 이미지 센서의 픽셀 구동회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 10을 참조하면, 종래의 픽셀 구동회로는 포토 다이오드(PD), 및 NMOS 트랜지스터들(MN11, MN13, MN14, MN15)을 포함할 수 있다.
롤링 셔터 모드에서 동작하는 도 10에 도시된 종래의 픽셀 구동회로는 도 7의 픽셀 구동회로와 달리, 포토 다이오드(PD)에서 스토리지 다이오드(SD)로 전하를 전달하는 트랜지스터(MN1)가 없으며 스토리지 다이오드(SD)도 포함하지 않는다.
도 11은 도 10의 픽셀 구동회로에 의해 구동되는 픽셀 어레이로부터 데이터가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이고, 도 12는 도 9의 픽셀 구동회로를 포함하는 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 10의 픽셀 구동회로를 포함하는 이미지 센서는 트랜스퍼 동작(Trans) 구간이 별도로 없고, TG와 SEL이 인에이블되면 트랜스퍼 동작과 동시에 리드 동작(Read)이 수행된다. 리셋 동작(Reset)은 RG와 TG가 온 상태일 때 수행된다.
도 12을 참조하면, 롤링 셔터 모드에서 동작하는 종래의 이미지 센서에서는 로우들(0~Last)에 대해 리셋 동작(Reset)과 리드 동작(Read)이 순차적으로 수행되며, 트랜스퍼 동작(Trans) 구간은 없다. 리셋 동작(Reset) 및 리드 동작(Read)사이에는 포토 다이오드(PD)에 빛에 의해 발생된 전하가 축적되는 데 필요한 축적 시간(TIME_I)이 존재한다.
도 11 내지 도 12를 참조하면, 롤링 셔터 모드에서 동작하는 종래의 이미지 센서에서는 트랜스퍼 동작(Trans) 구간이 존재하지 않으므로, 데이터를 출력하는 데 걸리는 시간이 짧을 수 있다. 그러나, 롤링 셔터 모드에서 동작하는 종래의 이미지 센서는 스토리지 다이오드를 구비하지 않기 때문에, 로우별로 리셋 동작과 리드 동작을 수행해야 한다. 따라서, 롤링 셔터 모드에서 동작하는 종래의 이미지 센서는 동영상 촬영시 피사체가 왜곡될 수 있다.
도 13은 롤링 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작을 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13의 이미지 센서의 동작을 위한 로우 어드레스들을 나타내는 타이밍도이다.
도 13을 참조하면, 도 1의 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 리셋 동작(Reset), 트랜스퍼 동작(Trans) 및 리드 동작(Read)은 로우들(0~Last)에 대해 순차적으로 수행될 수 있다. 이미지 센서(100)는 제 1 로우(0)에 대하여 트랜스퍼 동작(Trans)을 수행하는 동안 제 3 로우(2)에 대하여 리셋 동작을 수행하고, 제 2 로우(1)에 대하여 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다. 리셋 동작(Reset) 및 트랜스퍼 동작(Trans) 사이에는 포토 다이오드(PD)에 빛에 의해 발생된 전하가 축적되는 데 필요한 축적 시간(TIME_I)이 존재할 수 있다. 이미지 센서(100)는 제 1 로우(0)에 대하여 리드 동작(Read)을 수행하는 동안 제 2 로우(1)에 대하여 트랜스퍼 동작(Trans)을 수행하고, 제 3 로우(2)에 대하여 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다.
제 1 프레임(frame1)의 리드 동작(Read)이 완료되기 전에 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작(Reset)을 수행할 수 있으며, 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우(Last)에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 리드 동작(Read)을 수행하는 동안 제 1 로우(0)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 트랜스퍼 동작(Trans)을 수행하고, 제 3 로우(2)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작(Reset)을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우(Last)에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 리드 동작(Read)을 수행하는 동안 제 2 로우(1)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 트랜스퍼 동작을 수행하는 동안 제 2 로우(1)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 상기 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우(Last)에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 전하 축적(charge integration)을 수행하는 동안 제 1 로우(0)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 상기 롤링 셔터 모드에서, 제 1 로우(0)에 대한 리드 동작(Read)을 완료한 후 제 2 로우(1)에 대한 리드 동작(Read)을 수행하고, 제 2 로우(1)에 대한 리드 동작(Read)을 완료된 후 제 3 로우(2)에 대한 리드 동작(Read)을 수행할 수 있다.
도 14에는 도 13의 이미지 센서의 동작을 위한 로우 어드레스들이 도시되어 있으며, 리셋 동작을 위한 어드레스, 트랜스퍼 동작을 위한 어드레스, 및 리드 동작을 위한 어드레스는 리셋 제어 회로(122), 트랜스퍼 제어 회로(124), 리드 제어 회로(126)을 포함하는 로우 드라이버(120)에 의해 발생될 수 있다.
도 15는 롤링 셔터 모드에서 도 1의 이미지 센서의 동작의 다른 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 도 1의 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 리셋 동작(Reset), 트랜스퍼 동작(Trans) 및 리드 동작(Read)은 로우들(0~Last)에 대해 한번에 2 로우씩 순차적으로 수행될 수 있다. 이미지 센서(100)는 제 1 로우(0) 및 제 2 로우(1)에 대하여 트랜스퍼 동작(Trans)을 수행하는 동안, 제 3 로우(2) 및 제 4 로우(3)에 대하여 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다. 리셋 동작(Reset) 및 트랜스퍼 동작(Trans) 사이에는 포토 다이오드(PD)에 빛에 의해 발생된 전하가 축적되는 데 필요한 축적 시간(TIME_I)이 존재할 수 있다. 이미지 센서(100)는 제 1 로우(0) 및 제 2 로우(1)에 대하여 리드 동작(Read)을 수행하는 동안 제 3 로우(2) 및 제 4 로우(3)에 대하여 트랜스퍼 동작(Trans)을 수행할 수 있다.
제 1 프레임(frame1)의 리드 동작(Read)이 완료되기 전에 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작(Reset)을 수행할 수 있으며, 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우(Last)에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 리드 동작(Read)을 수행하는 동안 제 1 로우(0) 및 제 2 로우(1)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 트랜스퍼 동작(Trans)을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우(Last)에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 리드 동작(Read)을 수행하는 동안 제 3 로우(2) 및 제 4 로우(3)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 전하 축적(charge integration)을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 트랜스퍼 동작을 수행하는 동안 제 3 로우(2) 및 제 4 로우(3)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우(Last)에 대하여 제 1 프레임(frame1)의 전하 축적(charge integration)을 수행하는 동안 제 1 로우(0) 및 제 2 로우(1)에 대하여 제 2 프레임(frame2)의 리셋 동작을 수행할 수 있다. 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서, 제 1 로우(0) 및 제 2 로우(1)에 대하여 리드 동작(Read)을 완료한 후 제 3 로우(2) 및 제 4 로우(3)에 대하여 리드 동작(Read)을 수행하고, 제 3 로우(2) 및 제 4 로우(3)에 대하여 리드 동작(Read)을 완료된 후 제 5 로우(4) 및 제 6 로우(5)(미도시)에 대하여 대한 리드 동작(Read)을 수행할 수 있다.
즉, 이미지 센서(100)는 롤링 셔터 모드에서 제 1 로우 그룹(row group)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행할 수 있다. 또한, 이미지 센서(100)는 글로벌 셔터 모드에서, 리셋 동작 및 트랜스퍼 동작은 각각 상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹에 대해 동시에 수행되며, 상기 제 1 로우 그룹에 대해 리드 동작이 완료된 후 상기 제 2 로우 그룹에 대해 리드 동작이 수행될 수 있다. 제 1 로우 그룹 및 제 2 로우 그룹 각각은 하나 이상의 로우를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 로우 그룹 및 제 2 로우 그룹 각각은 1 개, 2 개, 4 개, 또는 8 개의 로우를 포함할 수 있다.
도 16 내지 도 19는 실시예에 따른 이미지 센서의 데이터 출력 방법을 나타내는 흐름도들이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이미지 센서의 출력 신호 보정 방법은 롤링 셔터 모드에서 다음의 동작을 포함할 수 있다.
1) 제 1 로우 그룹에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S1).
2) 제 2 로우 그룹에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S2).
3) 제 1 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행한다 (S3).
4) 제 1 로우 그룹에 대해 리드(read) 동작을 수행한다 (S4).
5) 제 1 로우 그룹에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행한다 (S5).
6) 제 2 로우 그룹에 대해 리드(read) 동작을 수행한다 (S6).
도 17을 참조하면, 도 16의 실시예에 따른 이미지 센서의 출력 신호 보정 방법은 글로벌 셔터 모드에서 다음의 동작을 포함할 수 있다.
1) 이미지 센서의 모든 로우에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S11).
2) 이미지 센서의 모든 로우에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행한다 (S12).
3) 이미지 센서에 포함된 로우들 각각에 대해 순차적으로 리드 동작을 수행한다 (S13).
제 1 로우 그룹 및 제 2 로우 그룹 각각은 하나 이상의 로우를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 로우 그룹 및 제 2 로우 그룹 각각은 1 개, 2 개, 4 개, 또는 8 개의 로우를 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이미지 센서의 출력 신호 보정 방법은 롤링 셔터 모드에서 다음의 동작을 포함할 수 있다.
1) 제 1 로우에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S21).
2) 제 2 로우에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S22).
3) 제 3 로우에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S23).
4) 제 3 로우에 대해 리셋 동작을 수행하는 동안, 제 1 로우에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행한다 (S24).
5) 제 1 로우에 대해 리드(read) 동작을 수행한다 (S25).
6) 제 1 로우에 대해 리드 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우에 대해 트랜스퍼 동작을 수행한다 (S26).
7) 제 2 로우에 대해 리드 동작을 수행한다 (S27).
8) 제 2 로우에 대해 리드 동작을 수행하는 동안, 제 3 로우에 대해 트랜스퍼 동작을 수행한다 (S28).
9) 제 3 로우에 대해 리드 동작을 수행한다 (S29).
도 19를 참조하면, 도 18의 실시예에 따른 이미지 센서의 출력 신호 보정 방법은 글로벌 셔터 모드에서 다음의 동작을 포함할 수 있다.
1) 제 1 로우, 제 2 로우, 및 제 3 로우에 대해 리셋 동작을 수행한다 (S31).
2) 제 1 로우, 제 2 로우, 및 제 3 로우에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행한다 (S32).
3) 제 1 로우에 대해 리드 동작을 수행한다 (S33).
4) 제 2 로우에 대해 리드 동작을 수행한다 (S34).
5) 제 3 로우에 대해 리드 동작을 수행한다 (S35).
도 20은 도 1에 도시된 이미지 센서(100)를 포함하는 이미지 처리 장치(500) 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 20을 참조하면, 이미지 처리 장치(500)는 이미지 센서(510), 이미지 프로세서(530), 디스플레리 유닛(550) 및 광학 렌즈(560)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(500)는 디지털 카메라, 상기 디지털 카메라를 포함하는 데이터 처리 장치, 예컨대 PC(personal computer), 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 테블릿(tablet) PC, 또는 IT(information technology) 장치를 포함할 수 있다. 상기 디지털 카메라는 DSLR(digital single-lens reflex) 카메라일 수 있다.
이미지 센서(510)는 이미지 프로세서(530)의 제어 하에 광학 렌즈(560)를 통하여 입력된 피사체(570)의 광학 이미지 신호를 전기적 이미지 신호로 변환한다.
이미지 센서(510)는 제어 레지스터 블록(518)을 포함할 수 있다. 제어 레지스터 블록(518)은 램프 신호 발생기(516), 타이밍 발생기(517), 및 버퍼(515) 각각의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 발생할 수 있다. 제어 레지스터 블록(518)의 동작은 카메라 컨트롤러(532)에 의해 제어될 수 있다.
이미지 프로세서(530)는 이미지 센서(510)의 동작을 제어하고, 이미지 센서(510)로부터 출력된 이미지 데이터(image data)를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 디스플레이하기 위해 디스플레이 유닛(550)으로 전송한다. 이미지 데이터는 버퍼(515)의 출력신호에 따라 발생될 수 있다. 여기서 디스플레이 유닛(550)은 영상을 출력하기 위한 모든 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 유닛(550)은 컴퓨터, 휴대폰 및 기타 영상 출력 단말을 포함할 수 있다.
이미지 프로세서(530)는 카메라 컨트롤러(532), 이미지 신호 프로세서(534) 및 PC I/F(536)를 포함할 수 있다.
카메라 컨트롤러(532)는 제어 레지스터 블록(518)을 제어한다. 이미지 신호 프로세서(534)는 버퍼(515)의 출력신호인 이미지 데이터(image data)를 가공/처리하고, 가공/처리된 이미지 데이터를 PC I/F(536)를 통해 디스플레이 유닛(550)으로 출력한다.
도 20에 도시된 이미지 신호 프로세서(534)는 이미지 프로세서(530)에 포함될 수 있지만, 이미지 센서(510)에 포함될 수도 있다. 즉, 이미지 센서(510)는 이미지 신호 프로세서(534)와 하나의 칩으로 구현될 수 있다.
도 21은 도 1에 도시된 이미지 센서(100)를 포함하는 전자 시스템(1000)의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 21을 참조하면, 전자 시스템(1000)은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistant), PMP(Portable Multimddia Player), 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다.
전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010), 이미지 센서(1040), 및 디스플레이(1050)을 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 CSI HOST(1012)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(1040)의 CSI 장치(1041)와 시리얼 통신을 할 수 있다. CSI HOST(1012)에는 광 시리얼라이저가 포함될 수 있고, DSI 장치(1051)에는 광 디시리얼라이저가 포함될 수 있다.
전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010)와 통신을 할 수 있는 RF 칩(1060)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(1000)의 PHY(1061)와 어플리케이션 프로세서(1010)의 PHY는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(1000)은 GPS(Global Positioning System)(1020), 스토리지(1070), 마이크(1080), DRAM(1085), 및 스피커(1090)를 더 포함할 수 있다. 또한, 전자 시스템(1000)은 Wimax(Word Interoperability for Microwave Access)(1030), WLAN(Wireless Lan)(1100), 및 UWB(Ultra Wideband)(1110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
본 발명은 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 처리 장치에 적용이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 이미지 센서
110: 타이밍 컨트롤러
120: 로우 드라이버
122: 리셋 제어 회로
124: 트랜스퍼 제어 회로
126: 리드 제어 회로
130: 램프(ramp) 신호 발생기
140: 픽셀 어레이
150: 아날로그-디지털 컨버터
160: 출력 보정 회로
170: 버퍼 회로
110: 타이밍 컨트롤러
120: 로우 드라이버
122: 리셋 제어 회로
124: 트랜스퍼 제어 회로
126: 리드 제어 회로
130: 램프(ramp) 신호 발생기
140: 픽셀 어레이
150: 아날로그-디지털 컨버터
160: 출력 보정 회로
170: 버퍼 회로
Claims (10)
- 로우 그룹을 리셋하는 리셋 동작, 상기 로우 그룹의 전하들을 트랜스퍼하고 스토리지 다이오드에 저장하는 트랜스퍼 동작, 및 상기 로우 그룹의 전하들을 리드(read)하는 리드 동작을 위한 디코딩을 수행하고, 오버 플로우(overflow) 제어신호, 스토리지 제어신호, 전달 제어신호, 리셋 제어신호 및 로우 선택신호를 발생하는 로우 드라이버;
각각의 로우 그룹에 대응하여 스토리지 트랜지스터, 전달 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터를 포함하고, 롤링 셔터 모드에서 제 1 로우 그룹(row group)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 제 2 로우 그룹에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행하고, 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 전달 제어신호, 상기 리셋 제어신호 및 상기 로우 선택신호에 응답하여 상기 전기적 신호를 영상 신호로서 출력하는 픽셀 어레이;
상기 영상 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하고 제 1 신호들을 발생하는 아날로그-디지털 컨버터; 및
상기 제 1 신호들을 보정하여 제 2 신호들을 발생하는 출력 보정 회로를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
글로벌 셔터 모드에서, 상기 리셋 동작 및 상기 트랜스퍼 동작은 각각 상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹에 대해 동시에 수행되며, 상기 제 1 로우 그룹에 대해 리드 동작이 완료된 후 상기 제 2 로우 그룹에 대해 리드 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹 각각은 하나 이상의 로우를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 로우 그룹 및 상기 제 2 로우 그룹 각각은 1 개, 2 개, 4 개, 또는 8 개의 로우를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는
상기 롤링 셔터 모드에서, 제 1 프레임의 리드 동작이 완료되기 전에 제 2 프레임의 리셋 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는
상기 롤링 셔터 모드에서, 마지막 로우 그룹에 대하여 제 1 프레임의 리드 동작을 수행하는 동안 제 1 로우 그룹에 대하여 제 2 프레임의 트랜스퍼 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는
상기 롤링 셔터 모드에서, 제 1 로우 그룹에 대한 리드 동작을 완료한 후 제 2 로우 그룹에 대한 리드 동작을 수행하고, 제 2 로우 그룹에 대한 리드 동작을 완료된 후 제 3 로우 그룹에 대한 리드 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서, 상기 로우 드라이버는
리셋 동작을 제어하는 리셋 제어 회로;
트랜스퍼 동작을 제어하는 트랜스퍼 제어 회로;
리드 동작을 제어하는 리드 제어 회로; 및
상기 리셋 제어 회로의 출력신호들, 상기 트랜스퍼 제어 회로의 출력신호들, 및 상기 리드 제어 회로의 출력신호들에 대해 논리 합 연산을 수행하는 논리합 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서. - 로우 그룹을 리셋하는 리셋 동작, 상기 로우 그룹의 전하들을 트랜스퍼하고 스토리지 다이오드에 저장하는 트랜스퍼 동작, 및 상기 로우 그룹의 전하들을 리드하는 리드 동작을 위한 디코딩을 수행하고, 오버 플로우(overflow) 제어신호, 스토리지 제어신호, 전달 제어신호, 리셋 제어신호 및 로우 선택신호를 발생하는 로우 드라이버;
각각의 로우 그룹에 대응하여 스토리지 트랜지스터, 전달 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터를 포함하고, 롤링 셔터 모드에서 이전 로우(row)에 대해 리드(read) 동작을 수행하는 동안, 현재 로우에 대해 트랜스퍼(transfer) 동작을 수행하고, 광 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 전달 제어신호, 상기 리셋 제어신호 및 상기 로우 선택신호에 응답하여 상기 전기적 신호를 영상 신호로서 출력하는 픽셀 어레이;
상기 영상 신호에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하고 제 1 신호들을 발생하는 아날로그-디지털 컨버터; 및
상기 제 1 신호들을 보정하여 제 2 신호들을 발생하는 출력 보정 회로를 포함하는 이미지 센서. - 제 9 항에 있어서,
글로벌 셔터 모드에서, 상기 리셋 동작 및 상기 트랜스퍼 동작은 각각 상기 이전 로우 및 상기 현재 로우에 대해 동시에 수행되며, 상기 이전 로우에 대해 리드 동작이 완료된 후 상기 현재 로우에 대해 리드 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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