KR100602379B1 - image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서의 암전류를 보상하기 위한 블랙셀 어레이가 배치된 이미지 센서에 관한 것으로, 본 발명의 이미지 센서의 수광부는, 중심부로 갈수록 면적이 작은 감광셀이 배치되고, 주변부로 갈수록 면적이 큰 감광셀이 배치되며, 직사각형의 영역을 이루는 감광셀 매트릭스; 상기 감광셀 어레이의 가로변을 따라 빛이 입사되지 않는 위치에 직선으로 배치되며, 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치되는 블랙셀 X어레이; 및 상기 감광셀 어레이의 세로변을 따라 빛이 입사되지 않는 위치에 직선으로 배치되며, 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치되는 블랙셀 Y어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor in which a black cell array is disposed to compensate for dark currents in a CMOS image sensor. The light receiving unit of the image sensor of the present invention includes a photosensitive cell having a smaller area toward the center of the image sensor. A photosensitive cell having a larger area toward the periphery, and having a rectangular region; A black cell X array disposed in a straight line at a position where light is not incident along a horizontal side of the photosensitive cell array, a black cell having a smaller area toward the center portion, and a black cell having a larger area toward both ends thereof; And a black cell Y array in which a black cell having a small area is disposed toward the center and a black cell having a large area toward both ends is disposed in a straight line at a position where light is not incident along the vertical side of the photosensitive cell array. It is characterized by including.
상기 구조의 이미지 센서를 실시함에 의해, 주변부 감광셀의 크기가 크며, 중심부 감광셀일 수록 크기가 작아지는 감광셀 매트릭스를 가지는 메가급 이상의 이미지 센서에서, 정확한 암전류 보상을 수행할 수 있는 효과가 있다.By implementing the image sensor having the above structure, in the image sensor having a larger size of the peripheral photosensitive cell having a larger photosensitive cell matrix, the smaller the central photosensitive cell, it is possible to perform accurate dark current compensation.
암전류, ABLC, 메가급 이미지 센서, 차등면적 매트릭스, 블랙셀Dark Current, ABLC, Mega Image Sensor, Differential Area Matrix, Black Cell
Description
도 1은 종래기술에 의한 이미지 센서의 감광부 어레이의 배치 구조를 나타낸 도면,1 is a view showing the arrangement of the photosensitive member array of the image sensor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 의한 이미지 센서의 감광부 어레이의 배치 구조를 나타낸 도면,2 is a view showing the arrangement of the photosensitive member array of the image sensor according to the present invention;
도 3은 메가급 이미지 센서에서 각 감광셀의 중심에서의 거리와 블랙 레벨 옵셋의 크기와의 관계를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the relationship between the distance from the center of each photosensitive cell and the magnitude of the black level offset in the mega image sensor.
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서의 암전류를 보상하기 위한 블랙셀 어레이가 배치된 이미지 센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor in which a black cell array is disposed to compensate for dark currents in a CMOS image sensor.
이상적인 이미지 센서의 경우, 각 픽셀에 대한 감광 신호를 생성하는 감광부은 빛이 유입되지 않으면, 즉 완전한 검은색(블랙 레벨이라 칭한다)을 감지할 때는 "0"의 초기값을 가져야 한다. 그러나, 감광부 자체 내에 기생하는 암전류로 인해 블랙 레벨에서 어느 정도 크기를 가지는 출력 신호를 생성하게 되는데, 이를 블랙 레벨 옵셋이라 한다.In an ideal image sensor, the photosensitive section, which produces a photosensitive signal for each pixel, should have an initial value of "0" when no light is introduced, i.e., when detecting a complete black (called black level). However, due to the parasitic dark current in the photosensitive unit itself, an output signal having a certain magnitude at the black level is generated, which is called a black level offset.
감광부의 감광 신호를 효과적으로 이용하기 위해서는 감광 신호를 증폭하기 이전에 상기 블랙 레벨 옵셋을 제거하는 것이 바람직하다. 이를 위해 일반적인 이미지 센서에는 블랙 레벨 옵셋을 보상하기 위한 자동 블랙 레벨 보상(automatic black level compensation, ABLC) 회로 및 블랙셀(ABLC셀)이 구비되어 있다.In order to effectively use the photosensitive signal of the photosensitive portion, it is preferable to remove the black level offset before amplifying the photosensitive signal. To this end, a typical image sensor is equipped with an automatic black level compensation (ABLC) circuit and a black cell (ABLC cell) to compensate for black level offset.
도 1은 종래기술에 의한 블랙셀을 포함하는 감광부 어레이의 배치 구조를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 종래기술에 의한 ABLC 배치 구조는 빛을 받은 유효 감광픽셀들로 이루어진 감광셀 매트릭스(ACell)의 주변부에 빛이 유입되지 않는 블랙셀들(RCell)을 1차원적으로 배치한 것이다. 상기 배치 구조에서 ABLC 기능은 상기 블랙셀들의 RGB 위치에 맞는 평균값을 구해 RGB를 담당하는 각 감광 픽셀의 감광 신호에서 상기 평균값을 보상하는 방식으로 수행된다.1 illustrates an arrangement of a photosensitive member array including a black cell according to the prior art. As shown, the ABLC arrangement according to the prior art arranges the black cells RCell in which light does not flow in the periphery of the photosensitive cell matrix ACell formed of the effective photosensitive pixels. In the arrangement structure, the ABLC function is performed by obtaining an average value corresponding to the RGB position of the black cells and compensating the average value in the photosensitive signal of each photosensitive pixel in charge of RGB.
한편, 100만 화소 이상의 메가(mega)급 이미지 센서에 있어서는 픽셀의 개수의 증가에 따라 이미지 센서 감광셀 매트릭스의 면적도 크게 증대된다. 이는 감광셀 매트릭스의 중심부에 위치하는 감광셀에 입사되는 광량은 크게되고, 주변부에 위치하는 감광셀에 입사되는 광량을 작게되어, 영상의 위치에 따른 편차를 야기시킨다. 이를 보상하기 위해 감광셀 매트릭스의 중심부에 위치하는 감광셀의 면적은 작게 만들고, 점차 주변부로 갈수록 감광셀 면적을 크게하여 감광셀 매트릭스를 구성하는 방법이 고안되어 있다. On the other hand, in the mega image sensor of 1 million pixels or more, the area of the image sensor photosensitive cell matrix is also greatly increased as the number of pixels increases. This increases the amount of light incident on the photosensitive cell positioned at the center of the photosensitive cell matrix, and decreases the amount of light incident on the photosensitive cell positioned at the periphery thereof, causing variation in the position of the image. In order to compensate for this, a method of forming a photosensitive cell matrix has been devised by making the area of the photosensitive cell positioned at the center of the photosensitive cell matrix smaller and gradually increasing the photosensitive cell area toward the periphery.
그런데, 암전류는 감광셀의 면적에 비례하는 특성상, 감광셀의 면적이 큰 주 변부에서는 큰 암전류가 발생하고, 면적이 작은 중심부에서는 작은 암전류가 발생한다. 따라서, 메가급 이미지 센서에 있어서 상기와 같이 차등 면적의 감광셀 매트릭스를 구현한 경우에, 종래기술과 같은 블랙셀 배치 구조를 사용하면, 모든 감광셀에 동일한 블랙 레벨 옵셋을 보상하게 되어 정확한 암전류 보상이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.However, since the dark current is proportional to the area of the photosensitive cell, a large dark current is generated in the periphery where the area of the photosensitive cell is large, and a small dark current is generated in the center of the small area. Therefore, in the case of implementing the differential area photosensitive cell matrix as described above in the mega image sensor, using the same black cell arrangement structure as the prior art, the same black level offset is compensated for all photosensitive cells, thereby correcting dark current compensation. There was a problem that was not made.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 메가급 이상의 이미지 센서에서 정확한 암전류 보상을 수행할 수 있는 블랙셀 어레이를 포함한 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an image sensor including a black cell array capable of performing accurate dark current compensation in an image sensor of more than a mega scale.
또한, 본 발명은 차등 면적을 가지는 감광셀들로 이루어진 감광부를 구비하는 이미지 센서에서 정확한 암전류 보상을 수행할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.
In addition, another object of the present invention is to provide an image sensor capable of performing accurate dark current compensation in an image sensor including a photosensitive part including photosensitive cells having a differential area.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 수광부는, 중심부로 갈수록 면적이 작은 감광셀이 배치되고, 주변부로 갈수록 면적이 큰 감광셀이 배치되며, 직사각형의 영역을 이루는 감광셀 매트릭스; 상기 감광셀 어레이의 가로변을 따라 빛이 입사되지 않는 위치에 직선으로 배치되며, 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치되는 블랙셀 X어레이; 및 상기 감광셀 어레이의 세로변을 따라 빛이 입사되지 않는 위치에 직선으로 배치되며, 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치되는 블랙셀 Y어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.The light-receiving part of the image sensor of the present invention for achieving the above object, the photosensitive cell having a smaller area toward the center portion is disposed, the photosensitive cell having a larger area toward the peripheral portion is disposed, the photosensitive cell matrix forming a rectangular area; A black cell X array disposed in a straight line at a position where light is not incident along a horizontal side of the photosensitive cell array, a black cell having a smaller area toward the center portion, and a black cell having a larger area toward both ends thereof; And a black cell Y array in which a black cell having a small area is disposed toward the center and a black cell having a large area toward both ends is disposed in a straight line at a position where light is not incident along the vertical side of the photosensitive cell array. It is characterized by including.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서는, 상기 구조의 수광부; 및 어느 특정 위치의 감광셀의 암전류를, 상기 특정위치의 X좌표에 해당하는 블랙셀 X어레이 상에서의 위치를 가지는 블랙셀의 암전류와, 상기 특정위치의 Y좌표에 해당하는 블랙셀 Y어레이 상에서의 위치를 가지는 블랙셀의 암전류의 평균값으로 산정하여 보상하는 암전류 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The image sensor of the present invention for achieving the above object, the light-receiving portion of the structure; And a dark current of a black cell having a position on the black cell X array corresponding to the X coordinate of the specific position, and a dark current of the photosensitive cell at a specific position on the black cell Y array corresponding to the Y coordinate of the specific position. And a dark current compensator for calculating and compensating for the average value of the dark current of the black cell having the position.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
(실시예)(Example)
본 실시예의 이미지 센서의 수광부는 도 2에 도시한 바와 같이, 중심부로 갈수록 면적이 작은 감광셀이 배치되고, 주변부로 갈수록 면적이 큰 감광셀이 배치되며, 직사각형의 영역을 이루는 감광셀 매트릭스(ACell); 상기 감광셀 매트릭스(ACell)의 가로변을 따라 빛이 입사되지 않는 위치에 직선으로 배치되며, 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치되는 블랙셀 X어레이(XRCell); 및 상기 감광셀 매트릭스(ACell)의 세로변을 따라 빛이 입사되지 않는 위치에 직선으로 배치되며, 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치되는 블랙셀 Y어레이(YRCell)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the light receiving unit of the image sensor according to the present exemplary embodiment includes a photosensitive cell having a smaller area toward the center portion, a photosensitive cell having a larger area toward the periphery area, and forming a rectangular area. ); A black cell X array in which black cells are disposed in a straight line at a position where light is not incident along a horizontal side of the photosensitive cell matrix (ACell), black cells having a small area toward the center portion, and black cells having a large area toward both ends. (XRCell); And black cells having a straight line at a position where light is not incident along a vertical side of the photosensitive cell matrix (ACell), a black cell having a small area toward the center portion, and a black cell having a large area toward both ends thereof. Y array (YRCell) is included.
상기 감광셀 매트릭스(ACell)는 해상도에 해당하는 개수의 감광셀들로 이루어진며, 각 감광셀에는 촬영시 빛이 입사된다. 일반적인 화상 프레임이 직사각형 형상을 이루므로, 감광셀 매트릭스(ACell)도 직사각형으로 감광셀들이 모여있는 매트릭스 형태를 이룬다. 중심부로 입사되는 빛의 광량이 크고, 주변부로 갈수록 입사되는 빛의 광량이 작해지므로, 각 픽섹을 담당하는 모든 감광셀에 균일한 광량을 적용하기 위해 중심부로 갈수록 면적이 작은 감광셀을 배치하고, 주변부로 갈수록 면적이 큰 감광셀을 배치하여 감광셀 매트릭스(ACell)를 구현한다.The photosensitive cell matrix (ACell) is composed of a number of photosensitive cells corresponding to the resolution, and light is incident on each photosensitive cell during imaging. Since a general image frame has a rectangular shape, the photosensitive cell matrix (ACell) also has a rectangular form of a matrix of photosensitive cells. Since the amount of light incident to the center is larger and the amount of light incident to the peripheral portion is smaller, the photosensitive cells having a smaller area toward the center are arranged to apply a uniform amount of light to all the photosensitive cells in charge of each pixel. A photosensitive cell matrix (ACell) is realized by disposing a photosensitive cell having a larger area toward the periphery.
상기 블랙셀 X어레이(XRCell)는 빛이 항상 입사되지 않는 영역에 위치하는 상기 감광셀과 동일한 블랙셀로 이루어지며, 상기 차등 면적을 가지는 감광셀 매트릭스(ACell)에 대응하기 위해 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치된다. 상기 블랙셀 X어레이(XRCell)는 도 시한 바와 같이 2개의 G(green)블랙셀과 1개의 R(red) 블랙셀 및 1개의 B(bleu) 블랙셀을 이루어진 1개의 블랙셀 세트가 직선형으로 연속되는 구조를 가질 수 있다. 보다 정확한 암전류를 얻기 위해서는, 감광셀 매트릭스(ACell)의 정중앙 Y좌표를 가지는 감광셀 어레이(감광셀 세트 어레이)의 각 감광셀과, 동일한 X좌표를 가지는 각 블랙셀은 동일한 면적을 가지는 것이 바람직하다.The black cell X-array XRCell is made of the same black cell as the photosensitive cell positioned in an area where light is not always incident, and the area of the black cell X array is increased toward the center part to correspond to the photosensitive cell matrix ACell having the differential area. Small black cells are arranged, and black cells having a larger area toward both ends are arranged. The black cell X array (XRCell) is a series of one black cell consisting of two G (green) black cell, one R (black) black cell and one B (bleu) black cell as shown in the continuous form It may have a structure. In order to obtain a more accurate dark current, it is preferable that each photosensitive cell of the photosensitive cell array (photosensitive cell set array) having the positive center Y coordinate of the photosensitive cell matrix (ACell) and each black cell having the same X coordinate have the same area. .
상기 블랙셀 Y어레이(YRCell)는 빛이 항상 입사되지 않는 영역에 위치하는 상기 감광셀과 동일한 블랙셀로 이루어지며, 상기 차등 면적을 가지는 감광셀 매트릭스(ACell)에 대응하기 위해 중앙부로 갈수록 면적이 작은 블랙셀이 배치되고, 양끝으로 갈수록 면적이 넓은 블랙셀이 배치된다. 상기 블랙셀 Y어레이(YRCell)는 도시한 바와 같이 2개의 G(green)블랙셀과 1개의 R(red) 블랙셀 및 1개의 B(bleu) 블랙셀을 이루어진 1개의 블랙셀 세트가 직선형으로 연속되는 구조를 가질 수 있다. 보다 정확한 암전류를 얻기 위해서는, 감광셀 매트릭스(ACell)의 정중앙 X좌표를 가지는 감광셀 어레이(감광셀 세트 어레이)의 각 감광셀과, 동일한 Y좌표를 가지는 각 블랙셀은 동일한 면적을 가지는 것이 바람직하다.The black cell Y array (YRCell) is made of the same black cell as the photosensitive cell positioned in a region where light is not always incident, and the area of the black cell Y array is increased toward the center to correspond to the photosensitive cell matrix (ACell) having the differential area. Small black cells are arranged, and black cells having a larger area toward both ends are arranged. The black cell Y array (YRCell) is a series of one black cell consisting of two G (black) black cell, one R (red) black cell and one B (bleu) black cell as shown in the continuous form It may have a structure. In order to obtain a more accurate dark current, it is preferable that each photosensitive cell of the photosensitive cell array (photosensitive cell set array) having the center X coordinate of the photosensitive cell matrix (ACell) and each black cell having the same Y coordinate have the same area. .
본 실시예의 이미지 센서는 상기 구성의 수광부와, 미도시한 암전류 보상부를 포함한다. 상기 암전류 보상부는 이미지 센서 칩에 내장되는 ISP(image signal processor) 블록 내에 위치하는 것이 바람직하다.The image sensor of the present embodiment includes a light receiving unit having the above configuration and a dark current compensator (not shown). The dark current compensation unit is preferably located in an image signal processor (ISP) block embedded in the image sensor chip.
본 실시예의 이미지 센서에서는 암전류 옵셋 보상을 위한 기준 옵셋값을 생성하기 위한 블랙셀들이 감광셀 메트릭스(ACell)의 X축 및 Y축을 따라 2차원적으로 배치되어 있다. 감광셀 매트릭스(ACell)에서 특정의 한 감광셀에 대한 암전류 보상 과정은 다음과 같다. 상기 특정 감광셀을 나타내는 x, y 좌표에 따라, 블랙셀 X어레이(XRCell) 중 x에 해당하는 블랙셀의 블랙 레벨 옵셋 신호를 검출하고, 블랙셀 Y어레이(YRCell) 중 y에 해당하는 블랙셀의 블랙 레벨 옵셋 신호를 검출한다. 상기 두 블랙 레벨 옵셋 신호를 평균하여 상기 특정 감광셀에 적용할 최종 블랙 레벨 옵셋값을 산정한다. 상기 최종 블랙 레벨 옵셋값을 상기 특정 레벨의 감광 신호(빛을 수광함에 따라 생성된 전기적 신호)에서 차감하여 블랙 레벨 옵셋 보상을 실시하게 된다. 블랙 레벨 옵셋 보상을 실시하는 암전류 보상부의 이미지 센서 내에서의 위치에 따라, 상기 블랙 레벨 옵셋값은 전류값일 수도 있고, 전압값일 수도 있다.In the image sensor of the present embodiment, black cells for generating a reference offset value for dark current offset compensation are two-dimensionally disposed along the X-axis and the Y-axis of the photosensitive cell matrix. The dark current compensation process for a specific photosensitive cell in the photosensitive cell matrix (ACell) is as follows. A black level offset signal of a black cell corresponding to x of the black cell X arrays is detected according to the x and y coordinates representing the specific photosensitive cell, and a black cell corresponding to y of the black cell Y array YRCell is detected. Detects a black level offset signal. The final black level offset value to be applied to the specific photosensitive cell is calculated by averaging the two black level offset signals. The final black level offset value is subtracted from the photosensitive signal (electric signal generated by receiving light) of the specific level to perform black level offset compensation. The black level offset value may be a current value or a voltage value, depending on the position in the image sensor of the dark current compensator which performs the black level offset compensation.
본 실시예의 블랙 레벨 옵셋 보상에 따라, 픽셀의 위치와 블랙 레벨 옵셋값의 관계는 도 3과 같이 나타난다. 따라서 픽셀 크기가 크면 암전류도 커지는 성질을 적절하게 반영할 수 있게 된다.According to the black level offset compensation of this embodiment, the relationship between the position of the pixel and the black level offset value is shown in FIG. 3. Therefore, if the pixel size is large, the dark current can be appropriately reflected.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the claims to be described below by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents.
본 발명에 따른 블랙셀 어레이를 포함하는 이미지 센서를 실시함에 의해, 주변부 감광셀의 크기가 크며, 중심부 감광셀일 수록 크기가 작아지는 감광셀 매트릭 스를 가지는 메가급 이상의 이미지 센서에서, 정확한 암전류 보상을 수행할 수 있는 효과가 있다.
By implementing the image sensor including the black cell array according to the present invention, in the image sensor having a larger size of the peripheral photosensitive cell and the photosensitive cell matrix having a smaller size as the central photosensitive cell, accurate dark current compensation is achieved. There is an effect that can be performed.
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