KR20110007490A - Ｃｍｏｓ 이미지 센서 - Google Patents

Abstract

CMOS 이미지 센서가 회전하게 되는 경우 그 회전에 따라 CMOS 이미지 센서에 포함된 엑티브 픽셀 센서 어레이의 영상데이터의 출력방향이 회전하게 되는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다. 상기 CMOS 이미지 센서는 입사되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 다수의 픽셀이 메트릭스 형태로 배치된 센서 어레이 및 상기 센서 어레이에서 적어도 하나의 행을 선택하는 제1 어드레싱 신호 및 적어도 하나의 열을 선택하는 제2 어드레싱 신호를 제공하는 타이밍 발생기를 포함하는 CMOS 이미지 센서에 있어서, 상기 제1 어드레싱 신호와 상기 제2 어드레싱 신호를 서로 스위칭하는 스위칭 회로를 포함한다.

CMOS, 이미지 센서, 픽셀, 디지털 카메라, 회전감지센서

Description

ＣＭＯＳ 이미지 센서{CMOS image sensor}

본 발명은 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서가 회전하게 되는 경우 그 회전에 따라 CMOS 이미지 센서에 포함된 엑티브 픽셀 센서 어레이의 영상데이터의 출력방향이 회전하게 되는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.

CMOS 이미지 센서(image sensor)는 광신호를 전기신호로 변환하는 소자로서 최근 디지털 카메라 또는 캠코더 등에 널리 사용되고 있다.

일반적으로 CMOS 이미지 센서는 다수의 단위 픽셀(pixel)이 평면상에 배열되어 있는 엑티브 픽셀 센서 어레이(APS array, active pixel sensor array)를 포함한다.

도 1은 일반적인 엑티브 픽셀 센서 어레이의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 엑티브 픽셀 센서 어레이는 광신호를 전기신호로 변환시키는 다수의 단위 픽셀을 포함하며, 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 형태를 갖는 경우가 일반적이다. 이하에서는 설명의 편의상 도 1에서의 엑티브 픽셀 센서 어레이의 방향을 ‘가로방향’으로 호칭하도록 하며, 도 1의 가로방향과 직각을 이루도록 엑 티브 픽셀 센서 어레이를 회전시킨 경우에는 그 방향을‘세로방향’으로 호칭하도록 한다.

엑티브 픽셀 센서 어레이가 도 1과 같이 가로방향으로 배치된 경우 각 픽셀에서 출력되는 전기신호(이하 ‘영상데이터’라 함)는 도 2에 도시된 순서로 출력된다. 즉, 영상데이터는 도 2에 도시된 바와 제1행부터 출력되기 시작하여 제 m행까지 출력되는데, 각 행에서는 가로방향으로, 즉 제1열부터 출력되기 시작하여 제n열까지 출력된다. 따라서 엑티브 픽셀 센서 어레이가 가로방향으로 배치된 경우 영상데이터의 스트림(stream)은 가로방향으로 진행하게 된다.

만일 엑티브 픽셀 센서 어레이를 동일 평면상에서 90° 회전시켜 세로방향으로 도 3과 같이 배치하게 되면, 엑티브 픽셀 센서 어레이 내부에서의 영상데이터 스트림의 진행방향은 일정하게 유지되므로 영상데이터의 스트림은 도 3에 도시된 바와 같이 세로방향으로 진행하게 된다.

한편, 디지털 카메라 또는 디지털 캠코더 등의 사용자가 피사체에 대한 사진 또는 동영상을 촬영하는 과정을 살펴보면, 디지털 카메라 등에 구비된 디스플레이부로 출력되는 프리뷰(preview) 영상을 통해 촬영될 사진 또는 동영상을 미리 확인하게 된다. 이때 디스플레이부는 직사각형의 형상을 갖는 것이 일반적이며, 도 1에서의 엑티브 픽셀 센서 어레이와 마찬가지로 가로방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 것이 일반적이다.

사용자가 프리뷰 이미지를 통해 사진 또는 동영상 촬영될 사진 또는 동영상을 확인하는 과정에서 디지털 카메라 등을 회전시켜 세로 방향으로 파지할 경우에 는 도 3과 같이 엑티브 픽셀 센서 어레이가 세로방향으로 배치되며, 이 경우에는 엑티브 픽셀 센서 어레이에서 출력되는 영상데이터의 스트림과 프리뷰 영상을 형성하기 위한 데이터의 스트림은 그 진행방향이 불일치하게 된다. 그 결과 영상데이터를 프레임별로 저장을 한 후 프리뷰 영상 또는 동영상 출력 영상의 포맷에 맞도록 변경을 해주어야 하므로 영상의 출력과정이 복잡해지는 문제점이 있었다.

본 발명은 디지털 카메라 등이 회전되어 디지털 카메라에 내장된 엑티브 픽셀 센서 어레이가 회전하게 되는 경우에도 엑티브 픽셀 센서 어레이에서 출력되는 영상데이터의 스트림과 프리뷰 영상을 형성하기 위한 데이터의 스트림의 진행방향이 일치되도록 함으로써 영상데이터의 포맷을 변경할 필요가 없는 CMOS 이미지 센서를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는 입사되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 다수의 픽셀이 메트릭스 형태로 배치된 센서 어레이 및 상기 센서 어레이에서 적어도 하나의 행을 선택하는 제1 어드레싱 신호 및 적어도 하나의 열을 선택하는 제2 어드레싱 신호를 제공하는 타이밍 발생기를 포함하는 CMOS 이미지 센서에 있어서, 상기 제1 어드레싱 신호와 상기 제2 어드레싱 신호를 서로 스위칭하는 스위칭 회로를 포함한다.

본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서에 의하면, 디지털 카메라 등이 회전되어 디지털 카메라 등에 내장된 엑티브 픽셀 센서 어레이가 회전되는 경우에도 엑티브 픽셀 센서 어레이에서 출력되는 영상데이터의 스트림과 디지털 카메라에 구비된 디 스플레이에 프리뷰 이미지를 형성하기 위한 데이터 스트림의 진행방향이 일치하게 되므로 종래의 CMOS 이미지 센서와는 달리 프리뷰 이미지를 제공하기 위한 영상데이터의 포맷 변경 과정이 불필요하게 되므로 프리뷰 영상의 출력 과정이 간소화되는 이점이 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서는 엑티브 픽셀 센서 어레이(APS array)(10), 행 드라이버(Row Driver)(15), 행 디코더(Row Decoder)(16), 열 디코더(Column Decoder)(13,14), 타이밍 발생기(Timing Generator)(17), 상관이중샘플러(CDS & Comparator)(11), 잡음 기준신호 발생기(Ramp Generator)(22) 및 스위칭 회로(S/W circuit)(18)를 포함한다.

엑티브 픽셀 센서 어레이(10)(이하 '센서 어레이'라 함)는 입사되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 것으로서, 행 드라이버(15)로부터 픽셀 선택 신호 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 센서 어레이(10)는 평면상에 매트릭스 형태로 분포된 다수의 단위 픽셀(2)을 포함한다. 각각의 단위 픽셀은 입사되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 포토 다이오드(photo diode)를 포함하는 것이 일반적이다.

센서 어레이(10)의 각 행은 적색(R, Red), 녹색(G, Green) 및 청색(B, Blue) 픽셀들을 포함한다. 다만, 홀수 열(예컨대, 제1열)에는 적색(R)과 녹색(G)의 두가지 종류의 픽셀이 교호적으로 배치될 수 있으며, 짝수 열(예컨대, 제2열)에는 녹색(G)과 청색(B)의 두 가지 종류의 픽셀이 교호적으로 배치될 수 있다.

행 드라이버(15)는 센서 어레이(10)의 픽셀을 구동시키기 위한 구동신호를 제공하는 것으로서, 각 행별로 구동신호를 제공하는 것이 일반적이다.

행 디코더(16)는 센서 어레이(10)의 각 행별로 픽셀에서 출력되는 광전변환값을 16진수로 인코딩 하는 블록을 의미하며, 열 디코더(13,14)는 각 열별로 픽셀 에서 출력되는 광전변환값을 16진수로 인코딩 하는 블록을 의미한다. 이때, 도 4에 도시된 것처럼 짝수열 디코더(13)와 홀수열 디코더(14)를 별개로 구성한다면 디코딩 속도를 2배 향상시킬 수 있다. 행 디코더(16) 및 열 디코더(13,14)에서의 행 또는 열의 선택은 타이밍 발생기(17)에서 생성되는 어드레싱 신호에 의해 제어된다.

센서 어레이(10)에서 출력된 전기신호는 상관이중샘플러(11)로 전달된다. 상관이중샘플러(11)는 센서 어레이(10)로부터 수신한 전기신호의 레벨과 잡음 기준신호 발생기(22)에 생성된 잡음기준신호의 레벨을 이중으로 샘플링하여 그 차이에 해당하는 레벨을 출력함으로써 센서 어레이(10)로부터 전달받은 전기신호에 포함되어 있는 잡음을 제거한다.

래치부(12)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 열 디코더(13,14)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 신호처리부(미도시)로 출력된다.

타이밍 발생기(17)는 CMOS 이미지 센서(30)의 각 부분에서 사용되는 클락을 생성하며 단위 픽셀을 선택하기 위한 어드레싱 신호를 제공한다. 예를 들어, 센서 어레이(10)에서 적어도 하나의 행을 선택하기 위한 제1 어드레싱 신호 및 적어도 하나의 열을 선택하기 위한 제2 어드레싱 신호를 제공한다. 타이밍 발생기(17)에서 출력되는 어드레싱 신호는 스위칭 회로(18)로 전달된다.

스위칭 회로(18)는 타이밍 발생기(17)에서 출력되어 열 디코더(13,14) 및 행 디코더(16)로 전달되는 어드레싱 신호, 즉 제1 어드레싱 신호와 제2 어드레싱 신호를 서로 스위칭한다. 즉, 이하에서 설명할 스위칭 조건이 만족될 경우 열 디코더(13,14)로 전달되던 어드레싱 신호는 행 디코더(16)로, 행 디코더(16)로 전달되 던 어드레싱 신호는 열 디코더(13,14)로 전달된다.

스위칭 회로(18)는 방향감지센서(19)로부터 센서 어레이(10)의 방향 정보를 입력 받고, 센서 어레이(10)가 도 2와 같은 정상방향(가로방향)에서 도 3의 방향으로 90°(또는 270°) 회전된 경우에는 행 디코더(16) 및 열 디코더(13,14)로 입력되는 어드레싱 신호를 서로 스위칭시킨다.

방향감지센서(19)로는 지자기 센서 또는 자이로 센서 등이 사용될 수 있는데, 방향감지센서(19)는 센서 어레이(10)의 방향 정보를 스위칭 회로(18)로 전달한다.

디지털 카메라 또는 센서 어레이(10)의 방향 정보는 디지털 카메라 등에 구비된 키입력 수단을 통해 스위칭 회로(18)로 입력될 수도 있다. 즉, 사용자가 디지털 카메라의 방향이 세로 방향인지 또는 가로 방향인지를 디지털 카메라에 구비된 키를 통하여 입력하는 방식으로 디지털 카메라 등의 자세정보가 입력될 수도 있다. 이를 위하여 스위칭 회로(18)는 키입력에 의한 방향 정보를 입력받기 위한 수신단자(21)를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 도 4에서와 달리 방향감지센서(19)는 CMOS 이미지 센서(30) 외부에 배치될 수도 있다. 이 경우 방향감지센서(19)의 출력은 수신단자(21)를 통해 입력될 수 있다.

이때, 방향감지센서(19)로부터 제공되는 방향 정보는 수신단자(21)로의 입력이 없는 경우에만 스위칭 회로(21)로 전달되는 것이 바람직하다.

스위칭 회로(21)에 의해 스위칭이 발생되면 스위칭 이전에 픽셀 어레이(10) 의 특정 열을 선택하기 위한 어드레싱 신호는 스위칭 이후 특정 행을 선택하게 되고, 특정 행을 선택하기 위한 어드레싱 신호는 특정 열을 선택하게 되므로 도 5도시된 바와 같이 선택된 픽셀로부터 출력되는 데이터 스트림의 진행방향은 픽셀 어레이(10)의 회전과 무관하게 항상 일정한 방향(예컨대 가로방향)으로 유지된다.

따라서 디지털 카메라 등의 사용자가 디지털 카메라 등에 구비된 디스플레이를 통해 제공되는 프리뷰 이미지를 통해 사진 또는 동영상 촬영될 사진 또는 동영상을 확인하는 과정에서 디지털 카메라 등을 세로 방향으로 회전시켜도 디스플레이에 표시되는 프리뷰 이미지를 제공하는 과정에서의 데이터 포맷 과정이 필요 없게 된다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터,데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분 리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 통상의 엑티프 픽셀 센서 어레이의 개략도이다.

도 2는 가로방향의 엑티브 픽셀 센서 어레이에서의 데이터 스트림을 나타낸 개념도이다.

도 3은 종래의 세로방향의 엑티브 픽셀 센서 어레이에서의 데이터 스트림을 나타낸 개념도이다.

도 4는 본 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 구성도이다.

도 5는 본 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서에 포함된 엑티브 픽셀 센서 어레이에서의 데이터 스트림을 나타낸 개념도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 엑티브 픽셀 센서 어레이 2 : 픽셀

3 : 데이터 스트림 10 : 엑티브 픽셀 센서 어레이

11 : 상관이중샘플러 12 : 래치부

13 : 짝수열 디코더 14 : 홀수열 디코더

15 : 행 드라이버 16 : 행 디코더

17 : 타이밍 발생기 18 : 스위칭 회로

19 : 회전감지센서 20 : 방향정보

21 : 수신단자 22 : 기준잡음발생기

30 : CMOS 이미지 센서

Claims (9)

1. 입사되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 다수의 픽셀이 메트릭스 형태로 배치된 센서 어레이 및 상기 센서 어레이에서 적어도 하나의 행을 선택하는 제1 어드레싱 신호 및 적어도 하나의 열을 선택하는 제2 어드레싱 신호를 제공하는 타이밍 발생기를 포함하는 CMOS 이미지 센서에 있어서,

   상기 제1 어드레싱 신호와 상기 제2 어드레싱 신호를 서로 스위칭하는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서 어레이의 방향을 감지하여 방향정보를 출력하는 방향감지센서를 더 포함하며,

   상기 스위칭 회로는 상기 방향감지센서에서 감지된 상기 센서 어레이의 방향이 세로 방향인 경우 상기 제1 어드레싱 신호와 제2 어드레싱 신호를 서로 스위칭 시키는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 방향감지센서는 지자기 센서인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 방향감지센서는 자이로 센서인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
5. 제 2 항에 있어서,

   사용자의 키입력에 따른 방향정보를 수신하는 수신단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 방향감지센서에서 출력된 방향정보에 따른 상기 제1 및 제2 어드레싱 신호의 스위칭은 상기 수신단자로 입력되는 방향정보가 없는 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 센서 어레이의 각 행별로 출력되는 전기신호를 디코딩하는 행 디코더 및 상기 센서 어레이의 각 열별로 출력되는 전기신호를 디코딩하는 열 디코더를 더 포함하는 것을 특징으로 CMOS 이미지 센서.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 열 디코더는 상기 센서 어레이의 홀수열에서 출력되는 상기 전기신호를 디코딩하는 제1 열 디코더 및 상기 센서 어레이의 짝수열에서 출력되는 상기 전기신호를 디코딩하는 제2 열 디코더로 구성되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센 서.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 센서 어레이의 홀수열에는 적색(R)과 녹색(G) 픽셀이 교호적으로 배치되며, 짝수열에는 녹색(G)과 청색(B) 픽셀이 교호적으로 배치된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.

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