KR100218270B1 - 이미지 센서 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CCD(Charge Coupled Device) 고체촬상소자의 N형 실리콘 기판에 인가되는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압이 자동으로 적절하게 조절되는 이미지 센서 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 N형 실리콘 기판 위에 P웰이 형성되고 그 위에 광다이오드가 형성된 CCD 고체촬상소자를 구비한 이미지 센서 시스템에 있어서, 상기 CCD 고체촬상소자로의 입사광량 변화에 따른 상기 CCD 고체촬상소자의 출력 레벨 변화를 감시하여 상기 N형 실리콘 기판에 인가되는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압의 조절을 위한 제어신호를 출력하는 출력 감시부와, 상기 출력 감시부로부터의 제어신호에 응답하여 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압을 자동으로 조절하는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압 조절부를 더 구비하여 구성된다. 이와 같이 구성된 본 발명은 입사광량의 변화에 따라 CCD 고체촬상소자에 대한 VOFD 바이어스 전압이 자동으로 적절하게 조절되기 때문에 블루밍 잡음과 스미어 잡음 억제 효과가 극대화되고, 저조도 촬영시 촬영감도가 향상되는 효과가 있다.

Description

이미지 센서 시스템

본 발명은 이미지 센서 시스템에 관한 것으로서, 특히 입사광량의 변화에 따라 CCD(Charge Coupled Device) 고체촬상소자의 N형 실리콘 기판에 인가되는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압이 자동으로 적절하게 조절되는 이미지 센서 시스템에 관한 것이다.

일반적인 이미지 센서 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이 입사광을 광전변환하는 CCD 고체촬상소자(1)와, 상기 CCD 고체촬상소자(1)에서 출력되는 광전변환신호를 처리하여 영상신호 처리 시스템으로 출력하는 신호 처리부(2)를 구비하고 있다.

상기 CCD 고체촬상소자(1)는 입사광을 광전변환하는 광다이오드와, 상기 광다이오드로부터 신호 전하를 전달받아 전송하는 수직 및 수평신호 전송단과, 상기 수직 및 수평신호 전송단에서 출력된 신호를 증폭하여 전압신호로 변환해 출력하는 출력단으로 구성된다. 또한, 상기 CCD 고체촬상소자(1)는 N형 실리콘 기판 위에 P웰이 형성되고 그 위에 광다이오드가 형성된 구조를 가진다.

한편, 상기 광다이오드에서 광전변화된 신호 전하는 수직 블랭킹 기간 동안 수직신호 전송단으로 전송되어 수평 블랭킹 기간 동안 한 단계식 수평신호 전송단으로 전송되며, 이들 신호 전하는 수평신호 전송단의 플로팅 확산 앰프(Floating Diffusion AMP)로 전송되어 출력되는데, 이 때 광다이오드에서 광전변환된 신호 전하가 광다이오드 또는 신호 전송단의 용량을 초과하는 경우 이 초과 발생한 신호 전하가 인접 광다이오드나 인접 수직신호 전송단으로 넘쳐 블루밍(Blooming) 잡음이나 스미어(Smear) 잡음이 CCD 고체촬상소자(1)에서 특유하게 발생한다.

상기에서 블루밍 잡음은 입사광에 의해 광다이오드에서 광전변환된 신호 전하가 광다이오드나 신호 전송단의 용량을 초과하는 경우 이 초과 발생한 신호 전하가 인접한 광다이오드와 수직신호 전송단으로 넘쳐 원래의 신호에 더해져 발생하는 CCD 고체촬상소자(1) 특유의 잡음으로서, 마치 꽃이 피는 형태로 강한 빛이 들어온 부분의 주변이 밝아지는 현상으로 나타나며, 광다이오드 용량을 초과하는 신호 전하가 인접한 광다이오드나 수직신호 전송단으로 넘치는 경우와 광다이오드로부터 수직신호 전송단으로 전송된 신호 전하가 수직신호 전송단의 용량을 초과하는 경우 정상적인 신호 전송이 이루어지지 않아 발생하는 경우를 예로들을 수 있다.

또한, 상기 스미어 잡음은 외부로부터 강한 빛이 입사될 때 전송중인 수직 전송단으로 빛이 새어 들어가 기존의 신호에 추가되어 화상의 상하방향으로 흰줄로 나타나는 잡음으로서, 예를 들어 자동차 헤드라이트를 비추어보면 헤드라이트 상하로 밝은 줄무늬가 나타나는 것과 같으며, 이 역시 CCD 고체촬상소자(1)에서 나타나는 특유의 잡음이다.

따라서, 종래에는 상기와 같은 블루밍 잡음 및 스미어 잡음을 억제하기 위하여 CCD 고체촬상소자(1)의 N형 실리콘 기판에 포지티브(positive)형태의 바이어스 전압을 인가함으로써 광다이오드의 용량을 초과하는 신호 전하를 N형 실리콘 기판으로 빼내는 버티컬 오버 플로우 드레인(VOFD : Vertical Over Flow Drain) 방식을 사용하였다.

즉, 상기 VOFD 방식은 CCD 고체촬상소자(1)의 N형 실리콘 기판에 고정 바이어스 전압으로 오버 플로우 드레인 바이어스 전압(이하, VOFD 바이어스 전압이라 함)을 인가하는 방식으로서, 이 VOFD 바이어스 전압은 평균 출력이나 최소 출력이 소정 레벨 이상이 되도록 포화신호 이상의 충분한 조도 하에서 조절된 후 소정 값으로 고정된다.

한편, 상기 VOFD 방식은 블루밍 잡음 및 스미어 잡음의 억제에 많은 도움이 되었으나, N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압이 소정 값으로 고정되어 있기 때문에 입사광량의 변화에 대해서는 블루밍 잡음과 스미어 잡음을 효과적으로 억제할 수 없는 문제점이 있었다.

즉, 포화 출력 이상의 강한 빛이 입사되어 광다이오드와 수직신호 전송단의 용량을 초과하는 신호 전하가 발생하게 되는 경우 대부분의 전하는 N형 실리콘 기판으로 VOFD 바이어스 전압에 의해 끌려가나 그 중 일부 신호 전하는 수직 신호 전송단으로 유입되어 블루밍 잡음이나 스미어 잡음을 야기한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, CCD 고체촬상소자의 작동시 입사광량의 변화에 따라 상기 CCD 고체촬상소자에 대한 VOFD 바이어스 전압이 자동으로 적절하게 조절되도록 함으로써 블루밍 및 스미어 잡음 억제 효과가 극대화되고, 저조도시에는 촬영감도가 향상되는 이미지 센서 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 이미지 센서 시스템은 N형 실리콘 기판 위에 P웰이 형성되고 그 위에 광다이오드가 형성된 CCD 고체촬상소자를 구비한 이미지 센서 시스템에 있어서, 상기 CCD 고체촬상소자로의 입사광량 변화에 따른 CCD 고체촬상소자의 출력 레벨 변화를 감시하여 상기 N형 실리콘 기판에 인가되는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압의 조절을 위한 제어 신호를 출력하는 감시부와, 상기 출력 감시부로부터의 제어신호에 응답하여 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압을 자동으로 조절하는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압 조절부를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

제1도는 일반적인 이미지 센서 시스템의 일부 구성 블록도.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서 시스템의 일부 구성 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : CCD 고체촬상소자 2 : 신호 처리부

3 : 출력 감시부 4 : VOFD 바이어스 전압 조절부

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서 시스템은 제2도에 도시된 바와 같이 제1도에 도시된 일반적인 이미지 센서 시스템의 구성에 출력 감시부(3)와, VOFD 바이어스 전압 조절부(4)가 추가된 구성을 가진다.

제2도에 도시된 CCD 고체촬상소자(1)는 종래 기술에서 설명된 바와 같이 N형 실리콘 기판 위에 P웰이 형성되고 그 위에 광다이오드가 형성된 구조를 가지며, 외부로부터의 입사광(영상신호)을 광전변환하여 신호 전하를 축적하고 수직 및 수평신호 전송단 전극으로 인가 전압을 이동시켜 신호를 처리한다.

제2도에 도시된 신호 처리부(2)는 CCD 고체촬상소자(1)에서 출력되는 광전변환신호를 처리하여 영상신호 처리 시스템으로 출력한다.

제2도에 도시된 출력 감시부(3)는 CCD 고체촬상소자(1)로의 입사광량 변화에 따른 CCD 고체촬상소자(1)의 출력 레벨 변화를 감시하여 N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압의 조절을 위한 제어신호를 출력한다.

제2도에 도시된 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)는 출력 감시부(3)로부터의 제어신호에 응답하여 CCD형 고체촬상소자(1)의 N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압을 자동으로 조절한다.

상기 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)는 보다 구체적으로 출력 감시부(3)로 부터의 제어신호에 응답하여 CCD 고체촬상소자(1)의 최대 출력 레벨이 사전 설정된 제1 기준 레벨 이상일 경우 VOFD 바이어스 전압을 적절하게 상승시키고, 상기 제1 기준 레벨보다 낮게 설정된 제2 기준 레벨 이하일 경우 VOFD 바이어스 전압을 적절하게 감소시키고, 상기 제1 및 제2 기준 레벨 사이일 경우 VOFD 바이어스 전압을 이전과 동일하게 유지시킨다.

즉, 상기 출력 감시부(3)는 CCD 고체촬상소자(1)에서 제1 기준 레벨 이상의 높은 출력이 나오면 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 VOFD 바이어스 전압을 상승시키라는 제어신호를 전달하고, 상기 CCD 고체촬상소자(1)에서 블루밍 잡음이나 스미어 잡음이 발생하지 않을 정도의 안정된 출력이 나오면 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 VOFD 바이어스 전압을 유지시키라는 제어신호를 전달하고, 상기 CCD 고체촬상소자(1)에서 제2 기준 레벨 이하의 낮은 출력이 나오면 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 VOFD 바이어스 전압을 감소시키라는 제어신호를 전달한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서 시스템의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, CCD 고체촬상소자(1)의 일부분에 강한 빛이 입사되면 해당 픽셀의 신호량이 증가하여 전체 픽셀의 신호 중 최고 출력이 되고, 이 신호량은 광다이오드나 수직신호 전송단의 용량(제1 기준 레벨)을 초과할 정도의 신호량(이때, 광다이오드나 수직신호 전송단의 용량보다 일정량 작은 신호량으로 마진을 줄 수도 있음)이 되므로, 출력 감시부(3)는 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 VOFD 바이어스 전압을 상승시키라는 제어신호를 전달하고, 상기 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)는 출력 감시부(3)로부터의 제어신호에 응답하여 CCD 고체촬상소자(1)의 N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압을 증가시킨다.

상기에서 N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압이 증가하면 N형 실리콘 기판의 전기장이 강화되어 광다이오드의 용량을 초과하는 신호 전하를 보다 강한 전기장으로 끌어올 수 있으며, 그로 인해 블루밍 잡음이나 스미어 잡음이 최대한 억제된다. 즉, N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압이 상승하게 되면 CCD 고체촬상소자(1)의 전체 신호가 VOFD 바이어스 전압의 상승분만큼 감소하게 되고, 그에 따라 최대 출력도 같이 감소하게 되며, VOFD 바이어스 전압의 소정량 증가 후 이 최대 출력이 광다이오드나 수직신호 전송단의 용량보다 작아지게 되면 VOFD 바이어스 전압의 증가를 정지시켜 블루밍 잡음이나 스미어 잡음이 최대한 억제되도록 한다.

그 후, CCD 고체촬상소자(1) 입사되던 강한 빛이 사라져서 CCD 고체촬상소자(1)의 출력 레벨이 줄어들면 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)가 출력 감시부(3)의 제어신호에 응답하여 초기에 설정된 VOFD 바이어스 전압을 N형 실리콘 기판에 다시 인가한다. 결과적으로, 출력 감시부(3)와 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)는 CCD 고체촬상소자(1)에 강한 빛이 입사될 때마다 상기와 같은 동작을 반복 수행하여 블루밍 잡음이나 스미어 잡음이 억제되도록 한다.

또한, 상기 출력 감시부(3) CCD 고체촬상소자(1)의 출력 레벨이 블루밍 잡음이나 스미어 잡음이 발생하지 않을 정도의 안정된 수준일 경우 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 VOFD 바이어스 전압을 유지시키라는 제어신호를 전달하여 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 의해 N형 실리콘 기판에 평상시와 동일한 VOFD 바이어스 전압이 인가되도록 한다.

한평, CCD 고체촬상소자(1)로의 입사광(영상신호)이 미약하여 상기 CCD 고체촬상소자(1)의 최대 출력이 제2 기준 레벨 이하로 감소되면 출력 감시부(3)가 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)에 VOFD 바이어스 전압을 감소시키라는 제어신호를 전달하고, 상기 VOFD 바이어스 전압 조절부(4)는 출력 감시부(3)의 제어신호에 응답하여 N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압을 감소시킴으로써 야간이나 어두운 장소에서의 저조도 촬영시 감도가 향상되도록 한다. 즉, N형 실리콘 기판에 인가되는 VOFD 바이어스 전압을 낮추면 광전변환된 신호 전하의 대대분이 광다이오드에 모이게 되므로 N형 실리콘 기판으로 빠져나가는 신호 전하를 줄여 저조도시의 촬영감도를 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 입사광량의 변화에 따라 CCD 고체촬상소자에 대한 VOFD 바이어스 전압이 자동으로 적절하게 조절되기 때문에 블루밍 잡음과 스미어 잡음 억제 효과가 극대화되고, 저조도 촬영시 촬영감도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. N형 실리콘 기판 위에 P웰이 형성되고 그 위에 광다이오드가 형성된 CCD 고체촬상소자를 구비한 이미지 센서 시스템에 있어서, 상기 CCD 고체촬상소자로의 입사광량 변화에 따른 상기 CCD 고체촬상소자의 출력 레벨 변화를 감시하여 상기 N형 실리콘 기판에 인가되는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압의 조절을 위한 제어신호를 출력하는 출력 감시부와, 상기 출력 감시부로부터의 제어신호에 응답하여 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압을 자동으로 조절하는 오버 플로우 드레인 바이어스 전압 조절부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 이미지 센서 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압 조절부는 상기 출력 감시부로부터의 제어신호에 응답하여 상기 CCD 고체촬상소자의 최대 출력 레벨이 사전 설정된 제1 기준 레벨 이상일 경우 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압을 상승시키고, 상기 제1 기준 레벨보다 낮게 설정된 제2 기준 레벨 이하일 경우 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압을 감소시키고, 상기 제1 및 제2 기준 레벨사이일 경우 상기 오버 플로우 드레인 바이어스 전압을 유지시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 시스템.