KR100707071B1 - 자동 블랙 레벨 보상 기능을 갖는 이미지 센서 및 자동블랙 레벨 보상방법 - Google Patents

자동 블랙 레벨 보상 기능을 갖는 이미지 센서 및 자동블랙 레벨 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 더미 화소를 이용하여 실제 화소가 갖는 옵셋을 추정할 때 옵셋을 추정하는 기준값이 더미 화소 출력값의 크기에 민감하게 변동하여 발생되는 실제 옵셋과 추정 옵셋 사이의 오차를 자동적으로 보상할 수 있는 이미지 센서를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 더미 화소와 실제 화소로 이루어진 화소 어레이부와, 상기 더미 화소로부터 독출된 각 칼럼라인의 더미 화소값을 저장하는 더미 화소 칼럼라인 버퍼부와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값의 평균값을 생성하는 더미 화소 평균값 생성부와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 그 차값을 출력하는 제1 비교부와, 상기 제1 비교부의 출력을 저장하는 제1 라인 버퍼부와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터와, 상기 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털화된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 옵셋이 음수 또는 양수를 판단하는 제2 비교부와, 상기 제2 비교부의 출력값을 저장하는 제2 라인 버퍼부를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
CMOS 이미지 센서, ABLC, 더미 화소

Description

자동 블랙 레벨 보상 기능을 갖는 이미지 센서 및 자동 블랙 레벨 보상방법{IMAGE SENSOR HAVING AUTOMATIC BLACK LEVEL COMPENSATION FUNCTION AND METHOD FOR COMPENSATING BLACK LEVEL AUTOMATICALLY}
도 1은 종래기술에 따른 자동 블랙 레벨 기능을 갖는 이미지 센서의 구성을 도시한 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서에서 발생되는 문제점을 설명하기 위하여 도시한 파형도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 블랙 레벨 기능을 갖는 이미지 센서의 구성을 도시한 파형도.
도 4는 도 3의 'A' 부위를 구체적으로 도시한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 110 : 화소 10a, 110a : 더미 화소
10b, 110b : 실제 화소 20, 120 : 로우 디코더
30, 130 : 아날로그 라인 버퍼부
40, 140 : 타이밍 제어부 50, 150 : 칼럼 디코더
60, 160 : PGA 70, 170 : ADC
180 : 클램프 190, 260 : 선택부
200 : 더미 화소 칼럼라인 버퍼부
210 : 더미 화소 평균값 생성부
220, 230 : 증폭부 240, 280 : 비교부
250, 290 : 라인 버퍼부 270 : 레지스터부
290 : 라인 버퍼부
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 블랙 레벨(black level), 즉 암신호(dark current) 및 옵셋(offset)으로 인한 저조도시의 잡음을 자동적으로 보상하여 주는 자동 블랙 레벨 보정(Automatic Black Level Compensation; ABLC) 기능을 갖는 이미지 센서 및 자동 블랙 레벨 보정방법에 관한 것이다.
최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 더욱이, 카메라가 장착된 PDA(Personal Digital Assistant), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기 등과 같은 이동통신단말기의 보급이 증가됨에 따라 소형 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있다.
카메라 모듈은 기본적으로 이미지 센서를 포함한다. 일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 소자를 말한다. 이러한 이미지 센서로는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, 이하, CCD라 함)와 시모스(CMOS; Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서가 널리 사용되고 있다.
CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소모가 많으며, 제조공정시 마스크 공정 수가 많아 공정이 복잡하고, 시그날 프로세싱 회로(signal processing circuit)를 칩 내에 구현할 수 없어 원 칩(one chip)화가 어렵다는 등의 여러 단점이 있다. 이에 반해, 시모스 이미지 센서는 하나의 단일 칩 상에 제어, 구동 및 신호 처리 회로의 모놀리식 집적화가 가능하기 때문에 최근에 보다 주목을 받고 있다. 게다가, 시모스 이미지 센서는 저전압 동작 및 저전력 소모, 주변기기와의 호환성 및 표준 CMOS 제조 공정의 유용성으로 인하여 기존의 CCD에 비해 잠재적으로 적은 비용을 제공한다.
이미지 센서, 특히 시모스 이미지 센서의 경우 반도체 소자로 이루어져 있기 때문에 제조공정 또는 외부 환경에 의해 불필요한 전류 성분이 발생한다. 이러한 전류를 암전류라 한다. 암전류 발생시 이미지 센서 내에는 광학적 요인 외의 신호 성분이 포함되어 아주 어두운 환경, 즉 빛을 가하지 않는 환경에서도 일정 치의 신호레벨이 검출된다. 이러한 신호레벨은 열 잡음 및 시스템 잡음으로 블랙 레벨이라 한다.
이러한 블랙 레벨을 자동적으로 보상하기 위해 제안된 회로가 ABLC(Automatic Black Level Compensation) 회로이다. 종래기술에 따른 ABLC 회로는 어떤 기준값을 설정하여 이 기준값에서 상한값과 하한값을 정한 다음, 이 상한값과 하한값을 벗어나는 출력신호는 버리거나, 상한값이나 하한값으로 대체하는 방식을 채택하고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 ABLC 기능을 갖는 이미지 센서의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 이미지 센서는 화소 어레이부(10)와, 로우 디코더(row decoder)(20)와, 아날로그 라인 버퍼부(analog line buffer)(30)와, 타이밍 제어부(timing control)(40)와, 칼럼 디코더(column decoder)(50)와, 프로그래어블 게인 증폭기(Programmabe Gain Amplifier; 이하, PGA라 함)(60)와, 아날로그-디지털 컨버터(Analog Digital Converter; 이하, ADC라 함)(70)로 이루어진다.
화소 어레이부(10)는 더미 화소(dummy pixel) 영역(10a)과 실제 화소 영역(10b)으로 구성되며, 더미 화소 영역(10a)은 금속층으로 차단되어 빛이 입사되지 않는 영역으로서, 실제 화소 영역(10b)에서 입사광이 없을 때 기준값을 생성하는 화소로 화소 간의 옵셋을 제거하는데 사용되는 영역이다. 실제 화소 영역(10b)은 광수광부(photoreceptor)의 광전 변환 특성을 이용하여 입사광을 전기적 신호로 변환시키는 영역이다.
로우 디코더(20)와 칼럼 디코더(50)는 타이밍 제어부(40)의 수평 및 수직동 기 신호에 응답하여 화소 어레이부(10)에 배열된 화소들을 로우 및 칼럼라인별로 선택한다.
아날로그 라인 버퍼부(30)는 로우 디코더(20)에 의해 선택된 화소를 칼럼라인별로 독출한 후 이렇게 독출된 화소 신호를 샘플링하여 옵셋을 제거한 후 래치(latch)에 저장한다. 여기서, 옵셋을 제거하는 방법은 상호 연관된 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; 이하, CDS라 함) 기법을 이용한다.
PGA(60)는 아날로그 라인 버퍼부(30)로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭시켜 출력한다. 즉, PGA(60)는 아날로그 라인 버퍼부(30)로부터 출력된 아날로그 신호가 너무 작은 경우 이를 증폭하여 출력한다.
ADC(70)는 PGA(60)에 의해 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
이러한 구성을 갖는 이미지 센서를 이용한 ABLC 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 로우 디코더(20) 및 칼럼 디코더(50)는 타이밍 제어부(40)로부터 제공되는 수평 및 수직동기신호에 응답하여 더미 화소 영역(10a)의 로우 및 칼럼라인별로 화소를 선택한다. 아날로그 라인 버퍼부(30)는 로우 디코더(20) 및 칼럼 디코더(50)에 의해 선택된 화소로부터 출력되는 더미 화소 신호를 샘플링하여 저장한다. 이렇게 저장된 더미 화소 신호는 PGA(60)를 통해 증폭된 후 색상 보간(color interpolation) 및 색상 보정(color correction) 등의 과정을 거친 후 ADC(70)를 통해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 연산부(미도시)는 ADC(70)로부터 출력되는 디지털 신호를 입력받고, 칼럼라인별로 평균값을 계산하여 SRAM(미도시)과 같은 저장 매체에 저장한다.
그런 다음, 더미 화소 영역(10a)에서의 데이터 독출 동작과 마찬 가지로, 로우 디코더(20) 및 칼럼 디코더(50)는 타이밍 제어부(40)로부터 제공되는 수평 및 수직동기신호에 응답하여 실제 화소 영역(10b)의 로우 및 칼럼라인별로 화소를 선택한다. 아날로그 라인 버퍼부(30)는 로우 디코더(20) 및 칼럼 디코더(50)에 의해 선택된 화소로부터 출력되는 실제 화소 신호를 샘플링하여 저장한다. 이렇게 저장된 실제 화소 신호는 PGA(60)를 통해 증폭된 후 색상 보간 및 색상 보정 등의 과정을 거친 후 ADC(70)를 통해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 연산부(미도시)는 미리 더미 화소 영역(10a)으로부터 독출되어 SRAM에 저장된 더미 화소 영역(10a)의 칼럼라인당 평균값과 현재 독출된 실제 화소 영역(10b)의 칼럼라인별 디지털 신호를 감산하여 실제 화소 영역(10b)의 칼럼라인별 디지털 신호에 포함된 옵셋을 제거한다.
이와 같이, 종래기술에 따른 이미지 센서를 이용한 ABLC 방법은 더미 화소 영역(10a)의 모든 화소로부터 아날로그 화소 신호를 독출하고, 독출된 아날로그 화소 신호를 디지털 신호로 변환한 후 변환된 디지털 신호를 칼럼라인별로 그 평균값을 계산하여 메모리에 저장한다. 이렇게 메모리에 저장된 더미 칼럼라인별 평균값을 기준값으로 하여 이 기준값과 실제 화소 영역(10b)의 화소로부터 얻어지는 칼럼라인별 디지털 신호를 감산하여 실제 화소 영역(10b)의 칼럼라인별 옵셋을 제거하고 있다.
그러나, 종래기술에 따른 이미지 센서에서와 같이 실제 화소 영역의 출력값을 더미 화소 영역의 기준값을 기준으로 상한값과 하한값으로 대처하여 블랙 레벨을 보상하는 경우, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 기준값이 상한값이나 하한값 부근에 있을 경우 출력값이 상한값이나 하한값으로 표현되어져 버리는 현상이 발생하게 된다.
그 이유는 더미 화소 영역의 각 칼럼라인별 출력값이 화소 및 화소 내에 구현된 스위칭 소자 및/또는 증폭용 트랜지스터(transistor)의 옵셋에 따라 변동하기 때문이다. 즉, 더미 화소 영역의 화소 내에도 상기한 이유에 의해 옵셋이 존재하기 때문이다.
도 2의 (a)는 더미 화소 영역의 화소 및 화소 내에 구현된 스위칭 소자용 트랜지스터의 옵셋의 출력값이 임계레벨(threshold level)보다 큰 값이 몇몇 존재함에 따라 실제 옵셋 레벨(real offset)이 낮게 나온 경우이다. (b)는 상한값을 넘어서는 값들이 출력되어 실제 옵셋 레벨(real offset)이 상한값과 거의 같은 값으로 표현되는 경우를 나타낸 예이다. 이러한 더미 화소 영역의 각 칼럼라인별 값으로부터 평균값을 취득하고, 이 평균값을 기준값으로 실제 임계레벨을 취하면 각 칼럼라인이 가지고 있는 변동값은 무시되어 버리는 현상이 나타난다. 이러한 각 칼럼라인의 변동이 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise; 이하 FPN이라 함)을 유발시켜 화면 열화를 초래한다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 더미 화소를 이용하여 실제 화소가 갖는 옵셋을 추정할 때 옵셋을 추정하는 기준값이 더미 화소 출력값의 크기에 민감하게 변동하여 발생되는 실제 옵셋과 추정 옵셋 사이의 오차를 자동적으로 보상할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 더미 화소와 실제 화소로 이루어진 화소 어레이부와, 상기 더미 화소로부터 독출된 각 칼럼라인의 더미 화소값을 저장하는 더미 화소 칼럼라인 버퍼부와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값의 평균값을 생성하는 더미 화소 평균값 생성부와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 그 차값을 출력하는 제1 비교부와, 상기 제1 비교부의 출력을 저장하는 제1 라인 버퍼부와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터와, 상기 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털화된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 옵셋이 음수 또는 양수를 판단하는 제2 비교부와, 상기 제2 비교부의 출력값을 저장하는 제2 라인 버퍼부를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 더미 화소와 실제 화소로 이루어진 화소 배열부를 포함하는 이미지 센서의 자동 블랙 레벨 보상 방법에 있어서, 상기 더미 화소의 각 칼럼라인의 더미 화소값을 독출하는 단계와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값을 적분하여 더미 화소 평균값을 계산하는 단계와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 더미 옵셋을 추출하는 단계와, 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 디지털 신호로 변환하는 단계와, 상기 디지털 신호로 변환된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 상기 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 더미 옵셋이 음수 또는 양수인지를 판별하는 단계와, 상기 더미 옵셋이 음수 또는 양수인지에 대한 정보를 기준값으로 설정하는 단계와, 상기 기준값을 이용하여 상기 실제 화소로부터 독출된 실제 화소값에 포함된 옵셋을 보상하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 자동 블랙 레벨 보상방법을 제공한다.
본 발명은 더미 화소값을 각 칼럼라인마다 독출하여 그 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 이용하여 각 칼럼라인의 더미 화소값과 비교하여 각 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 옵셋을 제거한다. 그런 다음, 옵셋이 제거된 각 칼럼라인의 더미 화소값의 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 기준값으로 하여 실제 화소값의 옵셋을 제거한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 기능을 수행하는 동일 요소들을 나타낸다.
실시예
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ABLC 회로를 구비한 이미지 센서를 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 화소 어레이부(110)와, 로우 디코더(120)와, 아날로그 라인 버퍼부(130)와, 타이밍 제어부(140)와, 칼럼 디코더(150)와, PGA(160)와, ADC(170), 클램프(clamp)(180) 이외에, 선택부(140)와, 더미 화소(dummy pixel) 칼럼라인 버퍼부(200)와, 더미 화소 평균값 생성부(210)와, 증폭부(220, 230)와, 비교부(240, 280)와, 레지스터부(270)와, 라인버퍼(250, 290)를 더 포함한다.
화소 어레이부(110)는 더미 화소 영역(110a)과 실제 화소 영역(110b)으로 구성되며, 그 배열위치는 제한되지 않는다. 더미 화소 영역(10a)은 금속층으로 차단되어 빛이 입사되지 않는 영역으로서, 실제 화소 영역(10b)에서 입사광이 없을 때 기준값을 생성하는 화소로 화소 간의 옵셋을 제거하는데 사용되는 영역이다. 실제 화소 영역(10b)은 광수광부의 광전 변환 특성을 이용하여 입사광을 전기적 신호로 변환시키는 영역이다.
로우 디코더(120)와 칼럼 디코더(150)는 타이밍 제어부(140)의 수평 및 수직 동기 신호에 응답하여 화소 어레이부(110)에 배열된 화소들을 로우 및 칼럼라인별로 선택한다.
클램프(180)는 화소 어레이부(110)를 구성하는 더미 화소 영역(110a)의 더미 화소값과 실제 화소 영역(110b)의 실제 화소값이 음(-)이 되는 것을 방지하기 위하여 더미 화소값과 실제 화소값을 일정한 전압레벨(level)로 클램핑하여 출력한다. 이때, 클램핑하는 전압레벨은 설계에 따라 가변적으로 조절 가능하도록 설정할 수 있다.
선택부(190)는 타이밍 제어부(140)의 제어신호에 응답하여 클램프(180)로부터 클램핑된 화소값 중 실제 화소값만을 선택적으로 아날로그 라인 버퍼부(130)로 출력하고, 더미 화소값은 더미 화소 칼럼라인 버퍼부(200)와 더미 화소 평균값 생성부(210)로 각각 출력한다.
더미 화소 칼럼라인 버퍼부(200)는 선택부(190)를 통해 전달된 더미 화소값을 칼럼라인별로 저장한 후 칼럼 어드레스에 응답하여 순차적으로 증폭부(220)로 출력한다.
더미 화소 평균값 생성부(210)는 선택부(190)를 통해 전달된 더미 화소값의 평균값을 계산한다. 선택부(190)를 통해 1개의 로우라인별로 더미 화소가 한번에 독출되어 전달되는데, 이러한 로우라인별 더미 화소값을 적분하여 평균값을 계산한다. 예컨대, 더미 화소 영역(110a)이 N×M개(N, M은 정수) 더미 화소로 이루어진 경우 더미 화소의 평균값은 M개의 칼럼라인으로부터 독출된 더미 화소값의 평균값이다.
증폭부(220)는 칼럼 어드레스에 응답하여 더미 화소 칼럼라인 버퍼부(200)로부터 출력된 더미 화소값을 증폭한다.
증폭부(230)는 더미 화소 평균값 생성부(210)로부터 출력된 평균값을 증폭한다.
비교부(240)는 증폭부(220)로부터 각 칼럼 어드레스에 응답하여 순차적으로 증폭되어 출력된 각 칼럼라인의 더미 화소값과 증폭부(230)로부터 출력된 각 로우라인당 더미 화소값의 평균값을 감산하여 그 차이 값을 출력한다. 즉, 비교부(240)는 각 칼럼라인의 더미 화소값과 평균값을 비교하여 그 차값을 출력한다.
라인 버퍼부(250)는 비교부(240)로부터 출력된 각 칼럼라인의 더미 화소값과 평균값의 차값을 저장한다.
아날로그 라인 버퍼부(130)는 선택부(190)로부터 출력된 실제 화소값을 샘플링하여 옵셋을 제거한 후 래치에 저장한다. 여기서, 옵셋을 제거하는 방법은 CDS기법을 이용한다.
PGA(160)는 아날로그 라인 버퍼부(130)로부터 출력된 실제 화소값을 증폭시켜 출력한다.
선택부(270)는 증폭부(220, 230)로부터 각각 출력된 각 칼럼라인의 더미 화소값과, 평균값과, PGA(160)로부터 출력된 실제 화소값을 선택하여 출력한다. 이미지 센서의 정상 동작시에는 PGA(160)로부터 출력된 실제 화소값이 선택되어 출력된다.
ADC(170)는 선택부(270)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 하여 출력한다.
레지스터부(270)는 ADC(170)로부터 출력된 디지털 신호 중 실제 화소값과 대응되는 신호를 제외한 더미 화소값과 대응되는 신호를 서로 레지스터에 임시적으로 저장한다.
한편, ADC(170)로부터 출력된 디지털 신호 중 실제 화소값이 디지털화된 신호는 SRAM(미도시)에 저장된다.
비교부(280)는 ADC(170)로부터 출력된 각 칼럼라인의 더미 디지털 신호와 평균 디지털 신호를 비교하여 옵셋의 부호 즉, 양수(+)인지, 음수(-)인지를 판단한다. 여기서, 칼럼라인의 더미 디지털 신호는 각 칼럼라인의 더미 화소값이 디지털화된 신호이고, 평균 디지털 신호는 각 로우라인당 더미 화소값의 평균값이 디지털화된 신호이다. 예컨대, 비교부(280)는 각 칼럼라인의 더미 디지털 신호가 평균 디지털 신호보다 작은 경우 음수(-)로 판단하고, 각 칼럼라인의 더미 디지털 신호가 평균 디지털 신호보다 큰 경우 양수(+)로 판단한다.
라인 버퍼부(290)는 비교부(280)로부터 출력되는 출력값을 칼럼라인별로 순차적으로 저장한다.
한편, 라인 버퍼부(250)에 저장된 값은 다시 ADC를 통해 디지털 신호로 변환된다.
결국, 라인 버퍼부(250)에 저장된 값과 라인 버퍼부(290)에 저장된 값을 통해 더미 화소의 평균값에 대한 각 칼럼라인의 더미 화소의 옵셋과 그 양수 또는 음수를 판단하게 된다.
도 4는 도 3에 도시된 'A' 부위를 좀더 상세하게 도시한 도면으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 선택부(260)는 스위칭 소자(SW1 내지 SW3)로 이루어진다. 그리고, 레지스터부(270)는 각 칼럼라인의 더미 화소값이 디지털화된 디지털 신호가 저장되는 레지스터와, 더미 화소값의 평균값이 디지털화된 디지털 신호가 저장된 레지스터로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 동작특성을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 로우 디코더(120) 및 칼럼 디코더(150)는 타이밍 제어부(140)로부터 제공되는 수평 및 수직동기신호에 응답하여 더미 화소 영역(110a)의 로우 및 칼럼라인별로 화소를 선택한다. 이렇게 선택된 더미 화소는 클램프(180)에 의해 클램핑된 후 선택부(190)를 통해 더미 화소 칼럼 라인 버퍼부(200)와 더미 화소 평균값 생성부(210)로 출력된다.
그런 다음, 더미 화소 칼럼 라인 버퍼부(200)는 각 칼럼라인의 더미 화소값을 순차적으로 저장하고, 더미 화소 평균값 생성부(210)는 각 칼럼라인의 더미 화소값을 순차적으로 적분하여 1개의 로우라인에 해당하는 복수의 칼럼라인의 평균값을 계산한다. 즉, 1개의 로우라인에 해당하는 각 칼럼라인의 더미 화소값을 적분하여 평균값을 계산한다.
그런 다음, 증폭부(220, 230)는 칼럼 어드레스에 응답하여 더미 화소 칼럼 라인 버퍼부(200)로부터 순차적으로 출력되는 각 칼럼라인의 더미 화소값과 평균값을 각각 증폭한다.
그런 다음, 비교부(240)는 증폭부(220, 230)에 의해 증폭된 평균값과 각 칼럼라인의 더미 화소값을 각각 비교한다. 예컨대, 비교부(240)는 각 칼럼라인의 더미 화소값과 평균값을 비교하여 그 차값을 출력한다.
그런 다음, 라인 버퍼부(250)는 비교부(240)를 통해 출력된 각 칼럼라인의 더미 화소값과 평균값의 차값을 저장한다.
한편, 증폭부(220, 230)를 통해 증폭된 평균값과 각 칼럼라인의 더미 화소값은 선택부(260)를 통해 ADC(170)로 전달되며, ADC(170)는 평균값과 각 칼럼라인의 더미 화소값을 각각 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 예컨대, 선택부(260)는 스위칭 소자(SW1)를 온(닫힘 상태)상태로 유지시켜 각 칼럼라인의 더미 화소값를 디지털 신호로 변환한 후 스위칭 소자(SW3)를 온 상태로 유지시켜 평균값을 디지털 신호로 변환한다.
그런 다음, 레지스터부(270)는 ADC(170)로부터 출력된 각 칼럼라인의 더미 화소값이 디지털화된 디지털 값과, 평균값이 디지털화된 디지털 값을 각각 저장한다.
그런 다음, 비교부(280)는 레지스터부(270)에 각각 저장된 디지털 값을 각각 비교한다. 예컨대, 비교부(280)는 각 칼럼라인의 더미 디지털 신호가 평균 디지털 신호보다 작은 경우 음수(-)로 판단하고, 각 칼럼라인의 더미 디지털 신호가 평균 디지털 신호보다 큰 경우 양수(+)로 판단한다. 여기서, 판별된 음수 또는 양수는 결국 라인 버퍼(250)에 저장된 데이터 값이 음수 인지 양수인지를 판별하는 자료로 사용된다.
그런 다음, 비교부(280)의 출력신호는 라인 버퍼(290)에 순차적으로 저장된다.
한편, 라인 버퍼(250)에 저장된 데이터는 ADC를 통해 디지털 신호로 변환된다. 여기서 디지털 신호로 변환된 값이 음수 또는 양수인지는 라인 버퍼(290)에 저장된 데이터를 통해 알 수 있다. 이렇게 구해진 데이터는 더미 화소의 옵셋 정보를 담고 있는 것으로, 이러한 옵셋 정보를 기준값으로 설정하고, 설정된 기준값을 이용하여 실제 화소로부터 독출된 실제 화소값으로부터 옵셋을 제거하여 자동 블랙 레벨 보상을 수행한다.
이러한 방법을 통해 실제 화소값과 비교되는 기준값과, 추정값 간의 오차를 감소시킬 수 있다. 또한, 각 칼럼라인의 더미 화소값에서 각 칼럼라인의 더미 화소값의 평균값을 보상해줌으로써 칼럼라인이 포함하고 있는 옵셋을 완전히 제거할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 각 칼럼라인의 더미 화소값의 옵셋을 보상하여 줌으로써 더미 화소를 이용하여 실제 화소가 갖는 옵셋을 추정 할 때 옵셋을 추정하는 기준값이 더미 화소 출력값의 크기에 민감하게 변동하여 발생되는 실제 옵셋과 추정 옵셋 사이의 오차를 자동적으로 보상하여 보다 정확한 옵셋 조절이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 각 칼럼라인의 더미 화소값에서 각 칼럼라인의 더미 화소값의 평균값을 보상해줌으로써 칼럼라인이 포함하고 있는 옵셋을 완전히 제거할 수 있다.

Claims (9)

  1. 더미 화소와 실제 화소로 이루어진 화소 어레이부;
    상기 더미 화소로부터 독출된 각 칼럼라인의 더미 화소값을 저장하는 더미 화소 칼럼라인 버퍼부;
    상기 각 칼럼라인의 더미 화소값의 평균값을 생성하는 더미 화소 평균값 생성부;
    상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 그 차값을 출력하는 제1 비교부;
    상기 제1 비교부의 출력을 저장하는 제1 라인 버퍼부;
    상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 각각 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털화된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 옵셋이 음수 또는 양수를 판단하는 제2 비교부; 및
    상기 제2 비교부의 출력값을 저장하는 제2 라인 버퍼부
    를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실제 화소와 상기 더미 화소로부터 출력되는 더미 화소값과 실제 화소값을 각각 클램핑하는 클램프;
    상기 클램프로부터 출력되는 상기 더미 화소값과 상기 실제 화소값 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택부;
    상기 선택부로부터 선택되어 출력된 상기 실제 화소값을 아날로그 프로세싱하는 아날로그 라인 버퍼부; 및
    상기 선택부와 상기 아날로그 라인 버퍼부의 동작을 제어하는 타이밍 제어부
    를 더 포함하는 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택부는 상기 타이밍 제어부의 제어신호에 응답하여 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값을 상기 더미 화소 칼럼라인 버퍼부와 상기 더미 화소 평균값 생성부로 칼럼라인별로 출력하거나, 상기 실제 화소값을 상기 아날로그 라인 버퍼부로 출력하는 이미지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 더미 화소 칼럼라인 버퍼부는 상기 더미 화소값을 각 칼럼라인별로 순차적으로 저장한 후 입력되는 칼럼 어드레스에 응답하여 순차적으로 출력하는 이미 지 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 더미 화소 칼럼라인 버퍼부와 상기 더미 화소 평균값 생성부로부터 출력되는 각 칼럼라인의 더미 화소값과 더미 화소 평균값을 증폭하여 출력하는 증폭부를 더 포함하는 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털화된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 각각 저장하는 레지스터부를 더 포함하는 이미지 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 비교부는 상기 레지스터부에 각각 디지털화되어 저장된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 옵셋이 음수 또는 양수인지를 판별하는 이미지 센서.
  8. 더미 화소와 실제 화소로 이루어진 화소 배열부를 포함하는 이미지 센서의 자동 블랙 레벨 보상 방법에 있어서,
    상기 더미 화소의 각 칼럼라인의 더미 화소값을 독출하는 단계;
    상기 각 칼럼라인의 더미 화소값을 적분하여 더미 화소 평균값을 계산하는 단계;
    상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 더미 옵셋을 추출하는 단계;
    상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호로 변환된 상기 각 칼럼라인의 더미 화소값과 상기 더미 화소 평균값을 비교하여 상기 칼럼라인의 더미 화소값에 포함된 더미 옵셋이 음수 또는 양수인지를 판별하는 단계;
    상기 더미 옵셋이 음수 또는 양수인지에 대한 정보를 기준값으로 설정하는 단계; 및
    상기 기준값을 이용하여 상기 실제 화소로부터 독출된 실제 화소값에 포함된 옵셋을 보상하는 단계
    를 포함하는 이미지 센서의 자동 블랙 레벨 보상방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실제 화소값에 포함된 옵셋을 보상하는 단계는 상기 기준값과, 상기 실제 화소의 칼럼라인별 실제 화소값을 감산하여 실시하는 이미지 센서의 자동 블랙 레벨 보상방법.
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