KR100735725B1 - 씨모스 이미지 센서의 노이즈 제거장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서 동작 시 발생할 수 있는 노이즈를 제거하여 화질을 개선하기 위한 노이즈 제거장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 이미지 센서의 노이즈 제거장치는 이미지 센서의 픽셀출력에서 픽셀리셋에 기인한 노이즈를 제거하는 리셋노이즈 제거회로(CDS); 상기 리셋노이즈 제거회로로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로; 상기 리셋노이즈를 제거하는 시간 및 상기 리셋노이즈가 제거된 아날로그 신호를 디지털 변환하는데 걸리는 시간과 상기 아날로그-디지털 변환된 데이터를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는 시간이 겹치지 않도록 시간을 조절하는 타이밍 조절회로; 및 상기 디지털 변환된 데이터를 이용하여 이미지 프로세싱을 수행하는 이미지 프로세스 회로;를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이미지 센서의 동작 중 라인방향으로 발생하는 노이즈를 제거하여 보다 양질의 화질을 얻을 수 있다.

Description

씨모스 이미지 센서의 노이즈 제거장치 및 방법{Apparatus and method for removing noise in CMOS image sensor}
도 1은 이미지 센서의 단위화소를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 픽셀리셋에 기인한 노이즈 제거장치(CDS)를 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 n번째 로우에 저장된 신호를 아날로그-디지털 변환하는데 까지 걸리는 시간과 n+1번째 로우에 저장된 신호를 아날로그-디지털 변환하는데 걸리는 시간을 도시한 타이밍이다.
도 4는 본 발명에 의한 이미지 센서의 노이즈 제거방법을 설명하기 위한 아날로그-디지털 변환까지 필요한 최대시간과 이미지프로세싱을 수행하는데 필요한 시간을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 이미지 센서의 노이즈 제거장치를 블록도로 도시한 것이다.
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 이미지 센서의 동작 중 라인방향으로 발생하는 노이즈를 제거하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 3-트랜지스터 구조의 단위 픽셀을 도시한 것이다.
단위 픽셀은 1개의 포토다이오드(1)와 3개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 3개의 트랜지스터는 리셋트랜지스터(3), 소스팔로워 드라이브트랜지스터(4) 및 로우 선택트랜지스터(5)로 이루어진다.
상기 단위 픽셀에 저장된 신호전하를 읽어내는 방법은 다음과 같다.
포토다이오드(1)를 초기화하기 위해서 리셋트랜지스터(3)를 리셋신호로 초기화한다. 리셋 신호가 오프(off)되면 입사된 빛에 따라 신호전하가 포토다이오드(1)에 축적된다.
화소를 선택하기 위해서 로우 선택신호(6)가 인가되어 로우 선택트랜지스터(5)를 온(ON)시킨다. 축적된 신호전하는 소스팔로워 드라이브트랜지스터(4)와 소스팔로워 바이어스트랜지스터(8)의 이득에 비례하게 화소출력(9)으로 출력된다.
도 2는 종래의 리셋노이즈 제거회로와 아날로그/디지털 변환회로를 도시한 블럭도이다.
화소출력(9)은 픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하기 위해 리셋노이즈 제거회로(10)를 통과하게 된다. 이때, 리셋노이즈 제거회로(10)를 구동하기 위해서 여러 구동신호들(11)이 사용된다.
상기 리셋노이즈 제거회로(10)로부터 픽셀리셋 노이즈가 제거된 신호(12)는 아날로그신호이며, 이 신호는 이미지 프로세싱을 위해서 일반적으로 아날로그/디지털 변환회로(13)를 통해서 디지털신호(14)로 출력된다.
이러한 일련의 변환 과정은 한 개의 로우 단위로 진행이 되며, 디지털 신호로 변환 된 신호는 이후에 이미지 프로세싱을 거치게 된다.
도 3은 두 개의 로우에 해당하는 픽셀 데이터에 대해서, 이미지 프로세싱을 수행하기 이전의 아날로그 타이밍과 ADC 타이밍을 두 개의 로우에 대해서 동시에 도시한 것이다.
도 3에서 볼 수 있듯이 이미지 프로세싱을 수행하는 디지털 신호들은 변환전의 아날로그 신호와 최소 한 개의 로우 만큼 시간적인 차이가 발생한다.
여기서 '화소출력 ~ 아날로그-디지털 변환'까지 필요한 시간(15, 17)은 픽셀 리셋노이즈 제거회로를 구동하기 위해 사용되는 신호에 필요한 시간(이하 CDS 타이밍이라 함)과 한 라인(또는 로우)의 픽셀 데이터를 아날로그-디지털 변환하는데 필요한 시간(이하 ADC 타이밍이라 함) 및 변환된 데이터를 이미지 프로세싱 블록으로 넘겨주는 시간의 합으로 주어진다.
결과적으로, 그림 3에서 볼 수 있듯이 아날로그-디지털 변환된 N 번째 로우 데이터를 이미지 프로세싱 시간(16)과 M 번째 로우 데이터에 대해서 아날로그-디지털 변환까지 필요한 시간(17)이 겹치게 된다. 즉, 위와 같이 M 번째 로우 데이터를 아날로그-디지털 변환까지 필요한 시간과 N 번째 로우 데이터에 대해서이미지 프로세싱을 수행하는 시간이 겹치게 되면서 라인방향(로우 방향) 노이즈가 발생할 수 있게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이미지 프로세싱을 수행하는 시간을 CDS 타이밍 및 ADC 타이밍의 일정시간 후에 수행할 수 있도록 외부에서 조절 가능하게 함으로써, 이미지 프로세싱을 수행할 때 발생할 수 있는 디지털노이즈가 리셋노이즈 제거시 또는 아날로그-디지털 변환시 영향을 주지 않도록 하여, 라인방향으로 발생하는 노이즈를 제거하는 이미지 센서의 노이즈 제거장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서의 노이즈 제거장치는 이미지 센서의 픽셀출력에서 픽셀리셋에 기인한 리셋노이즈를 제거하는 리셋노이즈 제거회로; 상기 리셋노이즈 제거회로로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로; 상기 리셋노이즈를 제거하기 위한 CDS 타이밍, 상기 리셋노이즈가 제거된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는데 필요한 ADC 타이밍 및 상기 디지털 변환된 데이터를 이미지 프로세싱 회로로 넘겨주는 타이밍과 상기 디지털 변환된 신호를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는 시간이 일정시간동안 겹치지 않도록 이미지 프로세싱 시작시간을 조절할 수 있는 타이밍 조절회로; 및 상기 디지털 신호를 이미지 프로세싱을 수행하는 이미지 프로세스 회로;를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서의 라인방향 노이즈 제거방법은 (a)픽셀리셋 노이즈를 제거하기 위해서 CDS를 수행한 후, 픽셀리셋노이즈가 제거된 아날로그 신호의 N 번째 로우 데이터를 출력하는 단계; (b)상기 N 번째 로우 데이터를 아날로그-디지털 변환 후, 이미지 프로세스 회로로 넘겨주는 단계; (c)픽셀리셋 노이즈가 제거된 아날로그 신호의 M번째 로우 데이터를 출력하는 단계; (d)상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는데 걸리는 시간과 상기 픽셀리셋 노이즈가 제거되지 않은 M 번째 아날로그 로우 데이터를 픽셀리셋 노이즈 제거 후, 아날로그-디지털 변환까지 필요한 시간이 겹치지 않도록 상기 디지털 변환된 N 번째 로우데이터에 대한 이미지 프로세싱을 수행하는 시간을 레지스터로 조절하는 단계; 및 (e) 상기 픽셀리셋 노이즈가 제거되지 않은 M 번째 아날로그 로우 데이터를 픽셀리셋 노이즈 제거 후 아날로그 디지털 변환을 어느 정도 수행한 후, 상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터에 대한 이미지 프로세싱을 수행하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 이미지 센서의 커플링 노이즈 제거장치를 도시한 것으로, 픽셀 노이즈 제거회로(410), 아날로그-디지털변환회로(420), 타이밍 조절회로(430) 및 이미지 프로세스 회로(440)로 이루어진다.
픽셀 노이즈 제거회로(410)는 이미지 센서의 픽셀출력에서 픽셀리셋에 기인한 노이즈를 제거한다.
아날로그-디지털변환회로(420)는 상기 픽셀 노이즈 제거회로(410)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
타이밍 조절회로(430)는 상기 픽셀 노이즈 제거회로(410)를 통과한 아날로그 신호를 디지털변환 후, 이미지 프로세싱 회로(440)로 넘겨주는데 까지 걸리는 시간(T1)과 상기 디지털 변환된 데이터를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는데 걸리는 시간(T2)이 일정시간동안 겹치지 않도록 이미지 프로세싱을 수행하는 시작시간을 조 절한다.
상기 픽셀 노이즈 제거회로(410)를 거친 아날로그 신호를 디지털 변환 후, 이미지 프로세싱 회로(440)로 넘겨주는데 까지 걸리는 시간(T1)은 상기 픽셀 노이즈 제거회로(410)에 의해 픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하기 위해 필요한 시간(t11)과 상기 아날로그-디지털변환회로(420)에 의해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 필요한 시간(t12) 및 상기 디지털 변환된 데이터를 이미지 프로세싱회로(440)로 넘겨주는 시간(t13)이 포함된다.
그리고 상기 픽셀 노이즈 제거된 아날로그 신호를 디지털변환 하기까지의 시간(T1)과 상기 디지털 변환된 데이터를 이미지 프로세싱을 수행하는데 걸리는 시간(T2)이 겹치지 않도록 하기 위한 타이밍 조절은 제어 레지스터에 의해 수행될 수 있다.
이미지 프로세스 회로(440)는 상기 타이밍 조절회로(430)에 의해 커플링 노이즈가 제거된 디지털 신호를 입력받아 이미지 프로세싱을 수행한다.
도 5는 본 발명에 의한 이미지 센서의 라인방향 노이즈(커플링 노이즈) 제거방법을 설명하기 위해 필요한 시간(t11), 아날로그-디지털 변환에 필요한 시간(t12), 이미지 프로세싱회로(440)로 넘겨주는 시간(t13) 및 이미지 프로세싱을 수행하는데 필요한 시간을 개략적으로 나타낸 것이다.
상기 리셋노이즈 제거회로(410)를 거친 아날로그 신호를 디지털변환 후, 이미지프로세싱 회로(440)로 넘겨주는데 까지 걸리는 시간(T1)은 상기 리셋노이즈 제거회로(410)에 의해 픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하기 위해 필요한 시간(t11)과 상기 아날로그-디지털변환회로(420)에 의해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 필요한 시간(t12) 및 상기 디지털 변환된 데이터를 이미지 프로세싱회로(440)로 넘겨주는 시간(t13)이 포함된다.
그리고 상기 디지털 신호를 가지고 이미지프로세싱을 수행하기 위해서는 시간(T2)이 요구된다.
이때, 상기 아날로그-디지털 변환까지 필요한 최대시간(T1)은 상기 디지털 신호를 가지고 이미지프로세싱을 수행하는 시간(T2)과 겹치지 않도록 이미지프로세싱을 수행하는 타이밍을 조절한다.
따라서 본 발명에 의한 이미지센서 동작시 커플링 등에 의해 발생할 수 있는 커플링노이즈를 제거하는 방법은 다음과 같이 수행한다.
첫 번째, 상기 리셋노이즈 제거회로(410)에 의해 N 번째 로우데이터 출력이 리셋노이즈가 제거된 아날로그 신호로 출력된다. 이때, 픽셀에서 발생하는 리셋노이즈를 제거하기 위해 시간(t11)이 필요하다.
두 번째, 상기 아날로그-디지털 변환회로(420)에 의해 상기 픽셀리셋 노이즈가 제거된 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환된다. 즉, 상기 아날로그 신호의 N 번째 로우 데이터가 디지털 신호로 변환된다. 이때, 상기 리셋노이즈가 제거된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 시간(t12)이 필요하다.
세 번째, N 번째 로우 데이터에 해당하는 상기 디지털 신호를 이미지 프로세싱을 수행하기 위해서 필요한 시간(T2)과 상기 M 번째 로우 데이터를 리셋노이즈 제거 및 아날로그-디지털 변환까지 필요한 시간(T1)이 겹치지 않도록 N 번째 로우 데이터에 해당하는 상기 디지털 신호를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는 시간(T2)을 타이밍 제어회로(430)의 제어 레지스터로 조절 가능하다.
네 번째, 상기 리셋노이즈 제거회로(410)에 의해 픽셀리셋 노이즈가 제거된 아날로그 신호의 M 번째 로우 데이터를 출력하고, 일정시간 후에 상기 아날로그-디지털 변환회로(420)에 의해 변환된 디지털 신호의 N 번째 로우 데이터를 이미지 프로세싱한다.
또한, 상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터에 대해 이미지 프로세싱을 수행하고, 상기 픽셀리셋 노이즈가 제거되지 않은 M 번째 아날로그 로우 데이터를 픽셀리셋 노이즈 제거 후 아날로그 디지털 변환을 수행한다.
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 이미지 센서의 동작 중 발생할 수 있는 라인방향 노이즈 또는 커플링 노이즈를 제거하여 보다 양질의 화질을 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 이미지센서의 노이즈를 제거하는 장치에 있어서,
    이미지 센서의 픽셀출력에서 픽셀 리셋에 기인한 노이즈를 제거하는 노이즈 제거회로;
    상기 노이즈 제거회로로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로;
    상기 픽셀출력에 대해서 픽셀리셋 노이즈를 제거하고, 리셋노이즈가 제거된 아날로그 신호를 디지털 변환하기까지의 시간과 상기 디지털 변환된 데이터를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는 시간이 겹치지 않도록 시간을 조절하는 타이밍 조절회로; 및
    상기 디지털 신호를 이미지 프로세싱을 수행하는 이미지 프로세스 회로;를 포함함을 특징으로 하는 이미지센서 노이즈 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타이밍 조절회로는
    이미지 프로세싱을 언제 시작할 것인지를 제어 레지스터로 조절하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 커플링 노이즈 제거장치.
  3. 이미지센서의 커플링 노이즈를 제거하는 방법에 있어서,
    (a)픽셀리셋 노이즈를 제거하기 위해서 노이즈 제거회로(CDS)를 수행한 후, 픽셀리셋 노이즈가 제거된 아날로그 신호의 N 번째 로우 데이터를 출력하는 단계;
    (b)상기 N 번째 로우 데이터를 아날로그-디지털 변환 후 이미지 프로세스 회로로 넘겨주는 단계;
    (c)상기 픽셀리셋 노이즈가 제거된 아날로그 신호의 M 번째 로우 데이터를 출력하는 단계;
    (d)상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터를 가지고 이미지 프로세싱을 수행하는데 걸리는 시간과 상기 픽셀리셋 노이즈가 제거되지 않은 M 번째 아날로그 로우 데이터를 픽셀리셋 노이즈 제거 후 아날로그-디지털 변환까지 필요한 시간이 겹치지 않도록, 상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터에 대한 이미지 프로세싱을 수행하는 시간을 레지스터로 조절하는 단계; 및
    (e)상기 픽셀리셋 노이즈가 제거되지 않은 M 번째 아날로그 로우 데이터를 픽셀리셋 노이즈 제거 후 아날로그 디지털 변환을 수행한 후, 상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터에 대한 이미지 프로세싱을 수행하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 이미지 센서의 커플링 노이즈 제거방법.
  4. 제3항에 있어서,
    (f)상기 디지털 변환된 N 번째 로우 데이터에 대해 이미지 프로세싱을 수행하고, 상기 픽셀리셋 노이즈가 제거되지 않은 M 번째 아날로그 로우 데이터를 픽셀리셋 노이즈 제거 후 아날로그 디지털 변환을 수행하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 이미지 센서의 커플링 노이즈 제거방법.
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