JP2000261602A - Ｃｍｏｓイメージセンサにおけるアナログディジタル変換装置 - Google Patents

Ｃｍｏｓイメージセンサにおけるアナログディジタル変換装置

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JP2000261602A
JP2000261602A JP11364894A JP36489499A JP2000261602A JP 2000261602 A JP2000261602 A JP 2000261602A JP 11364894 A JP11364894 A JP 11364894A JP 36489499 A JP36489499 A JP 36489499A JP 2000261602 A JP2000261602 A JP 2000261602A
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color
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Kenin Kin
顯殷 金
Suk Joong Lee
錫中 李
Gyu Tae Hwang
圭泰 黄
Oh-Bong Kwon
五鳳 權
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 各カラーに応じ緻密なカラー制御が可能な、
ＣＭＯＳイメージセンサ用Ａ／Ｄ変換装置を提供する。 【解決手段】 Ｎ×Ｍ画素アレイを具備するＣＭＯＳイ
メージセンサ用Ａ／Ｄ変換装置において、Ｒ、Ｇ、Ｂカ
ラーフィルターが被せられた単位画素からのアナログ出
力に基づいて互いに異なる初期電圧レベルからクロック
によって互いに異なる減少率で線形的に減少するアナロ
グ比較基準電圧を生成するＲ、Ｇ、ＢのＤ／Ａ変換手段
と、画素アレイのカラム別に制御信号に応答してＤ／Ａ
変換手段から出力されるアナログ比較基準電圧を選択的
に出力するＮ個の選択手段と、そのアナログ比較基準電
圧と画素アレイのカラム別に出力されるアナログイメー
ジ信号を比較するＮ個の比較手段とを備えて、カラーフ
ィルターから出力される特定カラーのアナログイメージ
データ特性に応じて画素アレイのロー単位にて各単位画
素で感知してＡ／Ｄ信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明はＣＭＯＳ（Compleme
ntary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサに
関し、特にＣＭＯＳイメージセンサを構成する画素アレ
イ（pixel array）から出力されるアナログイメージデ
ータをディジタルイメージデータに変換する装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、イメージセンサは光感知半導体
物質を利用してイメージを捕獲（capturing）するため
の装置である。ＣＭＯＳイメージセンサはその全体的な
動作を制御して外部システムとのインタフェース役割を
担当する制御及びシステムインタフェース部と、画素ア
レイ及び同画素アレイからのアナログイメージデータを
ディジタルイメージデータに変換するアナログディジタ
ル変換器（analog-digital converter）とによって構成
されている。この場合、アナログディジタル変換器は、
各画素で感知した電圧と比較することに用いられてクロ
ックによって線形的に減少するランプ（ramp）形態の基
準電圧（reference voltage）を発生するランプ電圧発
生器と、前記基準電圧とアナログイメージデータを比較
してディジタルイメージデータを出力する比較器と、前
記ディジタルイメージデータを貯蔵するための二重バッ
ファとにより構成される。
【０００３】図２はＣＭＯＳイメージセンサのコア（co
re）ブロック図であって、ここに示したＣＭＯＳイメー
ジセンサは単位画素２００、比較器３２０及び二重バッ
ファを構成する単位ラッチ４００とを含んでいる。図３
は比較器と二重バッファの動作を示した概念図である。
上記ＣＭＯＳイメージセンサコアの動作は本出願人が出
願した日本特許出願番号５２９６４／１９９９の明細書
において「自己診断ロジックをもつＣＭＯＳイメージセ
ンサ及びその診断方法」という発明の名称で記載されて
いるので、その詳細な説明は省略する。
【０００４】上述した従来のアナログディジタル変換器
は、画素アレイを構成する各画素の特性に関係なしに単
純にランプ電圧発生器からの基準電圧とアナログイメー
ジデータを比較してディジタルイメージデータに変換す
るため、アナログディジタル変換の際カラーの特性を考
慮できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するために案出されたもので、その目的は画素
アレイを構成する各画素の特性に応じて互いに異なる初
期電圧レベルと電圧減少率を有する基準電圧を生成し、
画素アレイからのアナログイメージデータと比較するこ
とによってアナログイメージデータをディジタルデータ
に変換するＣＭＯＳイメージセンサのためのアナログデ
ィジタル変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、一定のパターンにＲ（Red）、Ｇ（Gree
n）、Ｂ（Blue）のカラーフィルターが被せられて各々
が一つの特定カラーのみを検出する複数の単位画素を配
列したＮ×Ｍ画素アレイを具備するＣＭＯＳイメージセ
ンサのためのアナログディジタル変換装置において、互
いに異なる上記カラーフィルターが被せられた各単位画
素から出力されるアナログイメージデータによって互い
に異なる初期電圧レベルからクロックによって互いに異
なる減少率で線形的に減少するアナログ比較基準電圧を
生成するためのＲ、Ｇ、Ｂディジタルアナログ変換手段
と、上記画素アレイのカラム別に制御信号に応答して上
記Ｒ、Ｇ、Ｂディジタルアナログ変換手段から出力され
るアナログ比較基準電圧を選択的に出力するＮ個の選択
手段と、同選択手段から出力されるアナログ比較基準電
圧と上記画素アレイのカラム別に出力されるアナログイ
メージ信号を比較するＮ個の比較手段とを備えて、上記
カラーィルターから出力される特定カラーのアナログイ
メージデータ特性に応じて上記画素アレイのロー単位に
て各単位画素で感知したアナログデータ信号をディジタ
ルデータ信号に変換することを特徴とする。
【０００７】また、本発明は単位画素にＲカラーフィル
ター及びＧカラーフィルターを反復的に被せた第１ロー
と上記単位画素にＧカラーフィルター及びＢカラーフィ
ルターを反復的に被せた第２ローにより構成されて各々
が一つの特定カラーのみを検出する複数の単位画素をバ
イエル（Bayer）パターンで配列したＮ×Ｍ画素アレイ
を具備するＣＭＯＳイメージセンサのためのアナログデ
ィジタル変換装置において、互いに異なるカラーフィル
ターが被せられた上記の各単位画素から出力されるアナ
ログイメージデータに基づいて互いに異なる初期電圧レ
ベルからクロックによって互いに異なる減少率で線形的
に減少するアナログ比較基準電圧を生成するＲ、Ｇ、Ｂ
ディジタルアナログ変換手段と、上記画素アレイのカラ
ム別に上記バイエルパターンの第１または第２ローを表
す制御信号に応答して上記Ｒ、Ｇ、Ｂディジタルアナロ
グ変換手段から出力されるアナログ比較基準電圧を選択
的に出力するＮ個の選択手段と、同選択手段から出力さ
れるアナログ比較基準電圧と上記画素アレイのカラム別
に出力されるアナログイメージ信号を比較するためのＮ
個の比較手段とを備えて、上記カラーフィルターから出
力される特定カラーのアナログイメージデータ特性に応
じて上記画素アレイのロー単位にて各単位画素で感知し
たアナログデータ信号をディジタルデータ信号に変換す
ることを特徴とする。
【０００８】以下、本発明が属する技術分野にて通常の
知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施でき
る程度に詳細に説明するため、本発明の最も好ましい実
施例を添付図面を参照し説明する。
【０００９】図１はＣＭＯＳイメージセンサを示すブロ
ック図であって、ここに示したＣＭＯＳイメージセンサ
は制御及びシステムインタフェース部１０、多数の光感
知素子を配列した画素アレイ２０及びアナログディジタ
ル変換部３０により構成されている。アナログディジタ
ル変換器３０は、基準電圧を発生させるランプ電圧発生
器３１、前記基準電圧と前記画素アレイ２０からのアナ
ログイメージデータを比較してディジタルイメージデー
タを出力する比較器３２及び前記ディジタルイメージデ
ータを貯蔵する二重バッファ２０により構成されてい
る。
【００１０】図４は本発明によるＣＭＯＳイメージセン
サの一実施例を示すブロック図であって、ここに示した
ＣＭＯＳイメージセンサは通常的なバイエルパターンに
配列されたM（row line）×Ｎ（column line）画素アレ
イ５０と、同画素アレイ５０からのアナログイメージデ
ータをディジタルイメージデータに変換するためのアナ
ログディジタル変換部６０とにより構成されている。
【００１１】通常的なバイエルパターン形態の画素アレ
イ５０においては奇数ローライン及び偶数ローラインに
てそれぞれＲＧＲＧ形態及びＧＢＧＢ形態が反復的に配
列される。ここで、「Ｒ」は赤色画素を、「Ｇ」は緑色
画素を、「Ｂ」は青色画素を表す。このようなバイエル
パターン形態のイメージセンサにおいては、各カラー画
素に該当する画素値（すなわちアナログ電圧信号）が互
いに異なる特性を有する。したがって、本発明は、かか
る特性を利用して、アナログディジタル変換の際必要と
する基準電圧を各カラー別に生成してアナログイメージ
データをディジタルイメージデータに変換する。
【００１２】アナログディジタル変換部６０は、アナロ
グ基準電圧発生器６０１Ａ、６０１Ｂ、６０１Ｃ、Ｎ個
のマルチプレクサ６０２Ａ、６０２Ｂ及びＮ個の比較器
６０３Ａ、６０３Ｂとにより構成されている。ここで、
上記のアナログ基準電圧発生器は、青色画素に対する基
準電圧を発生する第１基準電圧発生器６０１Ａ、緑色画
素に対する基準電圧を発生する第２基準電圧発生器６０
１Ｂ及び赤色画素に対する基準電圧を発生する第３基準
電圧発生器６０１Ｃにより構成され、各基準電圧発生器
は互いに異なる初期電圧レベルから互いに異なる減少率
を有する基準電圧を発生する。上記のマルチプレクサ６
０２Ａ、６０２Ｂは、選択信号ＳＥＬに応答して上記の
基準電圧発生器６０１Ａ、６０１Ｂ、６０１Ｃからの出
力信号を選択的に出力する。上記の比較器６０３Ａ、６
０３Ｂは上記マルチプレクサ６０２Ａ、６０２Ｂからの
出力信号と上記画素アレイ５０からのアナログイメージ
データを比較する。この場合、画素アレイ５０中の第１
カラムライン、第３カラムライン、第５カラムライン等
奇数カラムラインには赤色画素または緑色画素が配列さ
れているため、該当カラー画素によって上記奇数カラム
ラインに配列されたマルチプレクサ６０２Ａは第２また
は第３基準電圧発生器の出力信号中の1つを出力する。
これに対し、第２カラムライン、第４カラムライン、第
６カラムライン等偶数カラムラインには緑色画素または
青色画素が配列されているため、該当カラー画素によっ
て上記偶数カラムラインに配列されたマルチプレクサ６
０２Ｂは第１または第２基準電圧発生器の出力信号中の
１つを出力する。
【００１３】次に、画素アレイ５０の第１ローラインに
配列された複数のカラー画素で感知されたアナログイメ
ージデータをディジタルイメージデータに変換する動作
を説明する。第１ローラインの奇数カラムラインには赤
色画素が配列されているため、奇数カラムに配列された
マルチプレクサら６０２Ａは選択信号ＳＥＬに応答して
上記第３基準電圧発生器６０１Ｃからの基準電圧を選択
して同基準電圧を奇数カラムラインに配列された比較器
６０３Ａに出力する。第１ローラインの偶数カラムライ
ンには緑色画素が配列されているため、偶数カラムライ
ンに配列されたマルチプレクサら６０２Ｂは選択信号Ｓ
ＥＬに応答して上記第２基準電圧発生器６０１Ｂからの
基準電圧を選択して同基準電圧を偶数カラムラインに配
列された比較器６０３Ｂに出力する。かくして、奇数カ
ラムラインに配列された比較器６０３Ａは赤色画素から
のアナログイメージデータと上記マルチプレクサ６０２
Ａから出力される基準電圧とを比較し、偶数カラムライ
ンに配列された比較器６０３Ｂは青色画素からのアナロ
グイメージデータと上記マルチプレクサ６０２Ｂから出
力される基準電圧とを比較する。それ以後の変換過程は
上記の従来技術で詳述したのと同様になされる。
【００１４】次に、画素アレイ５０の第２ローラインに
配列された複数のカラー画素で感知されたアナログイメ
ージデータをディジタルイメージデータに変換する動作
を説明する。第２ローラインの奇数カラムラインには緑
色画素が配列されているため、奇数カラムに配列された
マルチプレクサら６０２Ａは選択信号ＳＥＬに応答して
上記第２基準電圧発生器６０１Ｂからの基準電圧を選択
して同基準電圧を奇数カラムラインに配列された比較器
６０３Ｂに出力する。偶数カラムラインには青色画素が
配列されているため、偶数カラムに配列されたマルチプ
レクサら６０２Ｂは選択信号ＳＥＬに応答して上記第１
基準電圧発生器６０１Ａからの基準電圧を選択して同基
準電圧を偶数カラムラインに配列された比較器６０３Ｂ
に出力する。かくして、奇数カラムラインに配列された
比較器６０３Ａは緑色画素からのアナログイメージデー
タと上記マルチプレクサ６０２Ａから出力される基準電
圧とを比較し、偶数カラムラインに配列された比較器６
０３Ｂは青色画素からのアナログイメージデータと上記
マルチプレクサ６０２Ｂから出力される基準電圧とを比
較する。それ以後の変換過程は上記の従来技術で詳述し
たのと同様になされる。
【００１５】上記のような動作をロー単位で繰り返し遂
行することによって、画素アレイの全ての単位画素が感
知したアナログイメージデータをディジタルイメージデ
ータに変換できる。
【００１６】上述したアナログイメージデータのディジ
タルイメージデータへの変換過程で、特定カラーのアナ
ログイメージデータ特性に応じて互いに異なる基準電圧
を各々生成して比較動作を遂行することによって、単位
画素から出力されるアナログイメージデータをディジタ
ルイメージデータに変換する際各カラーの特性を制御で
きる。
【００１７】本発明の技術思想は、上記の好ましい実施
例によって具体的に記述されたが、上記実施例はその説
明のためのものであって、本発明はこれに限定されない
ことに留意されるべきである。また、本発明の技術分野
における通常の専門家であるならば、本発明の技術思想
の範囲内で種々の実施例が可能であることを理解される
べきである。
【００１８】
【発明の効果】上述したとおり、本発明によれば、アナ
ログイメージデータのディジタルイメージデータへの変
換の際、特定カラーのアナログイメージデータ特性に応
じて互いに異なる基準電圧を生成し比較動作を遂行する
ことによって、単位画素から出力されるアナログイメー
ジデータをディジタルイメージデータに変換する際各々
のカラーに応じて調節してさらに緻密なカラー制御が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＭＯＳイメージセンサに対する一実施例ブ
ロック図。
【図２】 ＣＭＯＳイメージセンサのコアブロック図。
【図３】 比較器及び二重バッファの動作を説明するた
めの概念図。
【図４】 本発明にかかるＣＭＯＳイメージセンサの一
実施ブロック図。
【符号の説明】
５０ 画素アレイ ６０ アナログディジタル変換部 ６０１Ａ、６０１Ｂ 基準電圧発生器 ６０２Ａ、６０２Ｂ マルチプレクサ ６０３Ａ、６０３Ｂ 比較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄 圭泰 大韓民国京畿道利川市夫鉢邑牙美里山136 −１ 現代電子産業株式会社内 (72)発明者 權 五鳳 大韓民国京畿道利川市夫鉢邑牙美里山136 −１ 現代電子産業株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、第１
    カラーを感知するための第１カラー画素と、第２カラー
    を感知するための第２カラー画素と、第３カラーを感知
    するための第３カラー画素をＭ個のローラインに配列す
    ると共にＮ個のカラムラインに配列した画素アレイ及び
    同画素アレイからのアナログイメージデータをディジタ
    ルイメージデータに変換するための装置において、 前記の各カラー画素によって互いに異なる初期電圧レベ
    ルから異なる減少率で減少するアナログ基準電圧を生成
    するアナログ基準電圧発生手段と、 選択信号に応答して前記の各カラー画素に対応して前記
    アナログ基準電圧を選択的に出力する選択手段と、該選
    択手段から出力されるアナログ基準電圧と前記画素アレ
    イから出力されるアナログイメージデータを比較してデ
    ィジタルイメージデータを出力する比較手段とを備え
    て、前記各カラーのアナログイメージデータ特性に応じ
    て前記画素アレイの各カラー画素から感知したアナログ
    イメージデータをディジタルイメージデータに変換する
    ことを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサのためのアナ
    ログディジタル変換装置。
  2. 【請求項２】 前記アナログ基準電圧発生手段が、 第１カラー画素からのアナログイメージデータに対して
    第１基準電圧を発生する第１基準電圧発生器と、 第２カラー画素からのアナログイメージデータに対して
    第２基準電圧を発生する第２基準電圧発生器と、 第３カラー画素からのアナログイメージデータに対して
    第３基準電圧を発生する第３基準電圧発生器とを含むこ
    とを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳイメージセンサ
    のためのアナログディジタル変換装置。
  3. 【請求項３】 前記画素アレイが奇数ローラインに反復
    的に配列された前記第１カラー画素及び第２カラー画素
    と、偶数ローラインに反復的に配列された前記第２カラ
    ー画素及び第３カラー画素をバイエルパターン（ Bayer
    pattern）形式で配列して構成されたことを特徴とする
    請求項２記載のＣＭＯＳイメージセンサのためのアナロ
    グディジタル変換装置。
  4. 【請求項4】 前記選択手段が、 前記奇数カラムラインに配列され前記選択信号に応答し
    て前記カラー画素に対応して前記第１基準電圧と第２基
    準電圧を選択的に出力する第１選択手段と、 前記偶数カラムラインに配列され前記選択信号に応答し
    て前記カラー画素に対応して前記第２基準電圧と第３基
    準電圧のいずれかを選択的に出力する第２選択手段とを
    含むことを特徴とする請求項３記載のＣＭＯＳイメージ
    センサのためのアナログディジタル変換装置。
  5. 【請求項５】 前記第１カラー画素は赤色画素であり、
    前記第２カラー画素は緑色画素であり、前記第３カラー
    画素は青色画素であることを特徴とする請求項４記載の
    ＣＭＯＳイメージセンサのためのアナログディジタル変
    換装置。
  6. 【請求項６】 前記選択手段がマルチプレクサであるこ
    とを特徴とする請求項４記載のＣＭＯＳイメージセンサ
    のためのアナログディジタル変換装置。
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