KR100759869B1 - Cmos image sensor using vertical scan - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 구성도.1 is a block diagram of a conventional CMOS image sensor of the horizontal scan method.
도 2는 도 1에 도시된 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서에 의해 촬영된 이미지의 일례를 나타낸 도면.FIG. 2 is a view showing an example of an image photographed by a CMOS image sensor of a horizontal scan method shown in FIG. 1; FIG.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 구성도.3 is a block diagram of a vertical type CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4는 단위픽셀의 등가회로도 및 신호 독출 타이밍도.4 is an equivalent circuit diagram of a unit pixel and a signal read timing diagram.
도 5는 신호 독출 회로의 구성도.5 is a configuration diagram of a signal reading circuit.
도 6은 본 발명에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서에 의해 촬영된 움직이는 피사체의 이미지를 나타낸 도면.6 is a view showing an image of a moving subject photographed by a CMOS image sensor of a vertical scan method according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
310 : 픽셀 어레이310: pixel array
320 : 열 디코더320: thermal decoder
330 : 행 디코더330: row decoder
340 : 신호 독출 회로340: signal reading circuit
350 : A/D 컨버터350: A / D Converter
360 : 타이밍 제어 회로360: Timing Control Circuit
370 : 출력 버퍼370 output buffer
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 방향으로 스캔하는 방식의 CMOS형 이미지 센서(CMOS image sensor)에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly to a CMOS image sensor (scanning in the vertical direction).
이미지 센서는 크게 CCD(전하결합소자, Charge Coupled Device)형과 CMOS(상보성금속산화물반도체, Complementary Metal Oxide Semiconductor)형으로 구분된다. 보통 CMOS형 이미지 센서는 CIS(CMOS Image Sensor)라고도 한다. Image sensors are classified into CCD (charge coupled device) type and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type. CMOS image sensors are commonly referred to as CMOS image sensors (CIS).
CCD형 이미지 센서는 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스를 이용해서 출력부까지 이동시킨다. 따라서 도중에 외부 잡음이 있어 전압은 달라지더라도 전자의 수 자체는 변함이 없으므로 잡음이 출력 신호에 영향을 주지 않는다. 반면 CMOS형 이미지 센서는 빛에 의해 발생한 전자를 각 픽셀(pixel) 내에서 전압으로 변환한 후에 여러 CMOS 스위치를 통해 출력한다. 따라서 잡음은 원래 전압의 형태로 들어오는 것이므로, 잡음이 더해진 만큼 그대로 출력 신호에 나타나게 된다. 또한, CCD형 이미지 센서는 하나의 출력 회로를 모든 픽셀의 신호가 거쳐감으로써 각 픽셀 간에 차이가 없는데, CMOS형 이미지 센서는 각각의 픽셀이 전자-전압 변환 회로를 가지므로 각 픽셀 회로의 불균일성이 그대로 출력 신호에 반영되게 된다. 이러한 불균일성에 의한 잡음을 고정패턴잡음이라고 한다. 따라서 CMOS형 이미지 센서는 고정패턴잡음을 비롯한 여러 잡음으로 인하여 화질이 CCD형 이미지 센서에 비해서 떨어진다. The CCD-type image sensor moves electrons generated by light to the output unit by using a gate pulse. Therefore, there is external noise along the way, so the number of electrons does not change even if the voltage changes, so the noise does not affect the output signal. CMOS image sensors, on the other hand, convert electrons generated by light into voltage within each pixel and then output them through several CMOS switches. Therefore, the noise comes in the form of the original voltage, so the noise appears as it is in the output signal. In addition, the CCD image sensor has no difference between each pixel by passing the signal of all pixels through one output circuit. In the CMOS image sensor, since each pixel has an electronic-voltage conversion circuit, the unevenness of each pixel circuit It is reflected in the output signal as it is. Noise caused by such nonuniformity is called fixed pattern noise. Therefore, the CMOS image sensor is inferior to the CCD image sensor due to the noise of the fixed pattern and various noises.
한편, CMOS형 이미지 센서는 표준 공정을 사용하지만, CCD형 이미지 센서는 특수한 공정을 사용하기 때문에 웨이퍼 제작 단가가 높다. 또한, CCD형 이미지 센서는 구동 펄스가 통상 3.3V, 0V, -7V, 12V 등 여러 가지가 있어야 하므로 구동 IC가 특수해지면서 비용이 높아지는데, CMOS형 이미지 센서는 0-3.3V 등의 단일 전원으로 구동이 가능하다. 또한, CMOS형 이미지 센서는 칩(chip) 내에서 디지털로 변환이 가능하고, 영상 신호 처리까지 가능하지만, CCD형 이미지 센서는 이미지 센서 이외 회로의 원칩(One-Chip)화가 힘들다. On the other hand, the CMOS image sensor uses a standard process, but the CCD image sensor uses a special process, resulting in high wafer manufacturing costs. In addition, CCD type image sensor has various driving pulses such as 3.3V, 0V, -7V, 12V and so on, and the cost increases as the driving IC becomes special. CMOS type image sensor has a single power supply such as 0-3.3V. Can be driven by In addition, the CMOS image sensor can be digitally converted in a chip and can process image signals, but the CCD image sensor is difficult to make one-chip of circuits other than the image sensor.
CMOS형 이미지 센서가 CCD형 이미지 센서에 비교하여 상대적으로 제작 비용이 저렴하고, 전력 소모가 적으며, 주변 회로부와 집적이 가능하다는 등의 장점을 갖주고 있다. CMOS image sensor has advantages such as low manufacturing cost, low power consumption, and integration with peripheral circuits compared to CCD image sensor.
도 1은 종래 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 구성도이다. 1 is a block diagram of a conventional CMOS image sensor of a horizontal scan method.
도 1을 참조하면, CMOS형 이미지 센서는 픽셀 어레이(110), 행 디코더(120), 열 디코더(130), 신호 독출 회로(140), A/D 컨버터(150), 타이밍 제어 회로(160)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a CMOS image sensor includes a
픽셀 어레이(pixel array; 110)는 하나 이상의 단위픽셀(110-a)를 포함한 다. 본 예에서는 4×6 개의 단위픽셀(110-a)이 픽셀 어레이(110)를 구성한다. 단위픽셀(110-a)는 4개의 행과 6개의 열로 이루어진다. The
픽셀 어레이(110)는 행 디코더(row decoder; 130)에 연결되어, 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 어느 하나의 수평 방향의 행이 선택된다. 선택된 하나의 행에 대하여 6개의 단위픽셀(110-1 내지 110-6)이 존재하며, 각 단위픽셀(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5 또는 110-6)은 열 디코더(column decoder; 120)에 의해 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 선택된다. 그리고는 선택된 단위픽셀(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5 또는 110-6)에서 광신호를 변환한 전기신호를 신호 독출 회로(140)가 독출하고, A/D 컨버터(150)에서 아날로그/디지털 변환하여 디지털화된 출력신호를 칩 외부로 출력한다. The
픽셀 어레이(110)에 대해서 가로와 세로 중 단위픽셀의 수가 많은 부분(긴 변)을 수평 방향으로 정의하면, 도 1에서는 도면상 좌우 방향이 수평 방향이 되고, 상하 방향이 수직 방향이 된다. 즉, 수평 방향은 행이 되고, 수직 방향은 열이 된다. 어느 하나의 행에 대해 포함되는 각 단위픽셀의 스캔이 완료된 후에 다시 다른 행에 대해서 스캔이 이루어지게 되므로, 이를 수평 스캔 방식이라 한다. When the portion (long side) of the
행 디코더(130) 및 열 디코더(120)에 의한 단위픽셀(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5 또는 110-6)의 선택은 타이밍 제어 회로(160)에 생성되는 제어신호에 의해 제어된다. Selection of the unit pixels 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5 or 110-6 by the
도 2는 도 1에 도시된 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서에 의해 촬영된 이미지의 일례를 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 피사체가 정지하고 있는 경우에 촬영된 이미지이고, 도 2의 (b)는 피사체가 시계방향으로 회전하고 있는 경우에 촬영된 이미지이다. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an image photographed by the CMOS image sensor of the horizontal scan type shown in FIG. 1. FIG. 2A is an image photographed when the subject is stationary, and FIG. 2B is an image photographed when the subject is rotated clockwise.
화면 중심 부근의 'G'는 직사각형의 모양을 가지고 있음을 확인할 수 있다(도 2의 (a)의 210 참조). 하지만, 피사체가 회전을 하게 되는 경우에 촬영되는 이미지에서의 'G'는 하측의 변이 상측의 변보다 우측으로 치우친 형태의 평행사변형의 모양을 가지고 있다(도 2의 (b)의 220 참조). 이는 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 경우에 포함되는 단위픽셀의 수가 많은 행을 기준으로 하여 행별로 스캔이 이루어지게 되므로 발생하는 현상이다. 즉, 상측의 행이 모두 스캔된 후에 하측의 행이 스캔되게 되는데, 각 행의 단위픽셀의 수가 각 열의 단위픽셀의 수보다 많은 관계로 인하여 도 2의 (b)와 같은 움직이는 피사체의 이미지의 왜곡이 발생하는 문제점이 있다.It can be seen that 'G' near the center of the screen has a rectangular shape (see 210 in FIG. 2A). However, when the subject is rotated, the 'G' in the photographed image has a parallelogram shape in which the lower side is biased to the right than the upper side (see 220 of FIG. 2B). This is a phenomenon that occurs in the case of a horizontal scan type CMOS image sensor because a scan is performed for each row based on a large number of rows of unit pixels included in the CMOS image sensor. That is, after the upper rows are all scanned, the lower rows are scanned. The distortion of the image of the moving subject as shown in FIG. 2 (b) due to the relationship between the number of unit pixels in each row is greater than the number of unit pixels in each column. There is a problem that occurs.
따라서, 본 발명은 수평 스캔 방식 대신에 수직 스캔 방식을 채택함으로써 움직이는 피사체의 이미지의 왜곡을 줄일 수 있는 CMOS형 이미지 센서를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a CMOS image sensor that can reduce distortion of an image of a moving subject by adopting a vertical scan method instead of a horizontal scan method.
또한, 본 발명은 신호 독출 회로 또는 A/D 컨버터의 수를 줄임으로써 전체 칩 사이즈를 작게 할 수 있는 CMOS형 이미지 센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a CMOS image sensor that can reduce the overall chip size by reducing the number of signal reading circuits or A / D converters.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하는 하나 이상의 단위픽셀을 포함하고, 상기 단위 픽셀을 m개의 행과 n개의 열로 조합하여 이미지 데이터를 출력하는 픽셀 어레이-여기서, m, n은 자연수이고, m이 n보다 작음-; 타이밍을 제어하는 제어신호를 생성하는 타이밍 제어 회로; 상기 제어신호에 따라 상기 픽셀 어레이의 열을 선택하는 열 디코더; 상기 제어신호에 따라 상기 픽셀 어레이의 행을 선택하는 행 디코더; 상기 열 디코더에 의해 선택되는 열에 포함되는 각 단위픽셀의 전기신호를 독출하는 신호 독출 회로; 및 상기 신호 독출 회로에서 독출한 전기신호를 아날로그/디지털 변환하고 출력신호를 발생시키는 A/D 컨버터를 포함하는 CMOS형 이미지 센서가 제공될 수 있다. In order to achieve the above objects, according to an aspect of the present invention, it comprises one or more unit pixels for converting an input optical signal into an electrical signal, and outputs the image data by combining the unit pixels in m rows and n columns A pixel array, where m and n are natural numbers and m is less than n; A timing control circuit for generating a control signal for controlling timing; A column decoder for selecting a column of the pixel array according to the control signal; A row decoder for selecting a row of the pixel array according to the control signal; A signal reading circuit for reading an electric signal of each unit pixel included in a column selected by the column decoder; And an A / D converter for analog-to-digital converting the electrical signal read out from the signal reading circuit and generating an output signal.
바람직하게는, 상기 행 디코더는 상기 열 디코더에 의해 선택된 열에 포함되는 각 단위픽셀의 행을 선택할 수 있다. 여기서, 상기 행 디코더는 상기 제어신호에 따라 상기 전기신호가 상기 신호 독출 회로에서 상기 A/D 컨버터로 인가되는 순서에 상응하도록 각 행을 선택한다. 그리고 상기 신호 독출 회로는 m개이며, 상기 A/D 컨버터는 m개의 입력 단자를 가지고 있어 상기 각 신호 독출 회로에 연결될 수 있다. Preferably, the row decoder may select a row of each unit pixel included in a column selected by the column decoder. Here, the row decoder selects each row in accordance with the order in which the electrical signal is applied from the signal reading circuit to the A / D converter according to the control signal. The signal reading circuit is m, and the A / D converter has m input terminals, and thus may be connected to each signal reading circuit.
또는 상기 행 디코더는 상기 제어신호에 따라 상기 출력신호가 상기 A/D 컨버터에서 상기 출력 버퍼로 인가되는 순서에 상응하도록 각 행을 선택한다. 그리고 상기 신호 독출 회로 및 상기 A/D 컨버터는 각각 m개이며, 상기 출력 버퍼는 m개의 입력 단자를 가지고 있어 상기 각 A/D 컨버터에 연결될 수 있다. Alternatively, the row decoder selects each row in accordance with the order in which the output signal is applied from the A / D converter to the output buffer according to the control signal. The signal reading circuit and the A / D converters each have m, and the output buffer has m input terminals so that the signal reading circuit and the A / D converters can be connected to each of the A / D converters.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 단위 픽셀을 m개의 행과 n개의 열로 조합되어 이미지 데이터를 출력하는 픽셀 어레이-여기서, m, n은 자연수이고, m이 n보다 작음-를 포함하는 CMOS형 이미지 센서의 이미지 출력 방법에 있어서, (a) 상기 픽셀 어레이는 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하는 단계; (b) 열 디코더는 상기 픽셀 어레이의 열을 선택하는 단계; (c) 신호 독출 회로는 상기 선택된 열에 포함되는 각 단위픽셀의 전기신호를 독출하는 단계; 및 (d) A/D 컨버터는 상기 전기신호를 아날로그/디지털 변환하고 출력신호를 발생시키는 단계를 포함하는 이미지 출력 방법이 제공될 수 있다.In order to achieve the above objects, according to another aspect of the present invention, a pixel array which combines one or more unit pixels into m rows and n columns to output image data, wherein m, n are natural numbers, and m is greater than n An image output method of a CMOS type image sensor comprising: (a) converting an input optical signal into an electrical signal; (b) a column decoder selecting a column of the pixel array; (c) the signal reading circuit reading the electrical signal of each unit pixel included in the selected column; And (d) the A / D converter may analog-digital convert the electrical signal and generate an output signal.
바람직하게는, (e) 상기 픽셀 어레이의 모든 열을 선택할 때까지 상기 단계 (b) 내지 (d)를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. Preferably, the method may further include repeating steps (b) to (d) until all columns of the pixel array are selected.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.Hereinafter, a preferred embodiment of a vertical scan type CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present specification are merely identification symbols for sequentially distinguishing identical or similar entities.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서의 구성도이고, 도 4는 단위픽셀의 등가회로도 및 신호 독출 타이밍도이며, 도 5는 신호 독출 회로의 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a vertical type CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 4 is an equivalent circuit diagram and a signal read timing diagram of a unit pixel, and FIG. 5 is a configuration diagram of a signal read circuit. .
도 3을 참조하면, 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서는 픽셀 어레이(310), 열 디코더(320), 행 디코더(330), 신호 독출 회로(340), A/D 컨버터(350), 타이밍 제어 회로(360) 및 출력 버퍼(370)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a vertical scan type CMOS image sensor includes a
픽셀 어레이(310)는 m×n개의 단위픽셀(310-a)를 포함한다. m은 픽셀 어레이(310)의 행의 개수이고, n은 열의 개수이다. 본 발명에서 m은 n보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 행 방향을 수평 방향으로, 열 방향을 수직 방향으로 한다. 즉, 픽셀 어레이(310)에서 짧은 변에 평행한 방향을 열 방향으로 하고, 긴 변에 평행한 방향을 행 방향으로 한다. The
단위픽셀(310-a)은 입력되는 광신호를 전기신호로 변환한다. 단위픽셀(310-a)은 1-트랜지스터 구조, 3-트랜지스터 구조, 4-트랜지스터 구조, 5-트랜지스터 구조 등이 가능하다. The unit pixel 310-a converts an input optical signal into an electrical signal. The unit pixel 310-a may be a 1-transistor structure, a 3-transistor structure, a 4-transistor structure, a 5-transistor structure, or the like.
도 4의 (a)를 참조하면, 4-트랜지스터 구조를 가지는 단위픽셀(310-a)의 등가회로도가 도시되어 있다. 하나의 포토 다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 4개의 트랜지스터는 포토 다이오드(PD)에서 발생한 광전하를 플로팅 확산 노드(FD; Floating Diffusion)로 운송하기 위한 전송 트랜지스터(Tx; Transfer Transistor), 원하는 값으로 노드의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산 노드(FD)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx; Reset Transistor), 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(Dx; Drive Transistor), 스위칭으로 어드레싱을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(Sx; Select Transistor)이다. 나머지 트랜지스터는 바이어스 전압(Vb)을 인가받는 로드 트랜지스터(LD)이다.Referring to FIG. 4A, an equivalent circuit diagram of a unit pixel 310-a having a 4-transistor structure is shown. It consists of one photodiode (PD) and four transistors. The four transistors are transfer transistors (Tx) for transporting photocharges generated from the photodiode PD to a floating diffusion node (FD), which set the potential of the node to a desired value and discharge the charges to float. A reset transistor (Rx) for resetting the diffusion node (FD), a drive transistor (Dx) serving as a source follower buffer amplifier, and a select transistor for addressing by switching (Sx; Select Transistor). The other transistor is a load transistor LD to which a bias voltage Vb is applied.
도 4의 (b)를 참조하면, 리셋 신호(Rx Signal)에 의해 플로팅 확산 노드(FD)가 프리차지(precharge)되어 리셋 데이터(410)를 가지게 된다. 이후 전송 신호(Tx Signal)에 의해 전송 트랜지스터가 턴온되어 포토 다이오드(PD)에 발생된 광전하가 플로팅 확산 노드(FD)로 넘어가 전압 강하를 발생시키고 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)에 의해 픽셀 데이터(420)가 읽혀지게 된다. Referring to FIG. 4B, the floating diffusion node FD is precharged by the reset signal Rx signal to have the
열 디코더(320)는 픽셀 어레이(310)의 각 단위픽셀 중 어느 하나의 열에 해당하는 단위픽셀들을 선택한다. 열 디코더(320)는 선택된 열에 포함된 각 단위픽셀(310-1, 310-2, 310-3, 310-4)의 전기신호가 모두 신호 독출 회로(340)에 의해 독출된 후에 다음 열을 선택한다. 즉, 열별로 전기신호의 독출이 수행되도록 한다.The
행 디코더(330)는 픽셀 어레이(310)의 각 단위픽셀 중 어느 하나의 행에 해당하는 단위픽셀을 선택한다. 본 발명에서는 열 디코더(320)에 의한 열 선택이 우선 수행되고, 이후 행 디코더(330)에 의한 행 선택이 수행된다. 따라서, 행 디코더(330)는 열 디코더(320)에 의해 선택된 열에 포함되는 각 단위픽셀(310-1, 310-2, 310-3, 310-4)들을 순차적으로 또는 미리 지정된 순서에 따라 선택한다. The
신호 독출 회로(340)는 열 디코더(320)에 의해 선택된 열에 위치한 단위픽셀들(310-1, 310-2, 310-3, 310-4)이 변환한 전기신호를 독출(readout)한다. The
이미지 센서는 제조 공정 상의 미세한 차이에 의해 오프셋 전압(offset voltage)에 의한 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise)이 발생한다. 이를 보상하기 위해 이미지 센서는 픽셀 어레이의 각 화소에서 리셋 신호를 읽고 데이터 신호를 읽은 후 그 차이를 출력하는 CDS(correlated double sampling) 방식을 이용한다. The image sensor generates a fixed pattern noise due to an offset voltage due to a slight difference in the manufacturing process. To compensate for this, the image sensor uses a correlated double sampling (CDS) method that reads a reset signal from each pixel of the pixel array, reads a data signal, and outputs the difference.
신호 독출 회로(340)는 고정 패턴 잡음을 보상하기 위한 CDS 회로를 포함할 수 있다. 고정 패턴 잡음을 보상하기 위해서는 리셋 상태에서의 데이터와 픽셀 데이터와의 차이를 신호값으로 출력하게 된다. 도 5를 참조하면, 제1 스위치(510)를 턴온시켜 제1 커패시터(530)에 리셋 데이터(410)를 저장하고, 제2 스위치(520)를 턴온시켜 제2 커패시터(540)에 픽셀 데이터를 저장한다. 제1 커패시터(530)에 저장된 리셋 데이터(410)와 제2 커패시터(540)에 저장된 픽셀 데이터를 차동 증폭기(550)의 제1 입력단자 및 제2 입력단자에 각각 입력하여 두 데이터의 차이를 증폭한다. 그리고 이 값을 자동 이득 컨트롤러(Automatic Gain Controller; 560)에 출력하여 이득(gain)을 조정하게 된다. 그리고 이득이 조정된 값을 A/D 컨버터(350)로 출력한다. The
신호 독출 회로(340)는 m개인 것이 바람직하다. 선택된 열에 위치한 단위픽셀들의 개수가 행의 개수와 동일한 m개 이므로, 신호 독출 회로(340) 역시 각 행마다 하나씩 위치하여 전기신호를 독출할 수 있다. 수평 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서에서는 신호 독출 회로가 열의 개수와 동일한 n개가 되지만, 본 발명의 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서에서는 신호 독출 회로(340)가 행의 개수와 동일한 m개가 되어 회로의 개수가 작다. 이로 인해 커패시터 및 증폭기의 수가 줄어들게 되고 CMOS형 이미지 센서의 칩 사이즈를 줄일 수 있다. It is preferable that the
A/D 컨버터(350)는 신호 독출 회로(340)에서 독출한 전기신호가 아날로그 신호이므로, 이를 프로세싱할 수 있는 디지털 신호로 변환한다. The A /
A/D 컨버터(350)는 1개 또는 m개일 수 있다. A/D 컨버터(350)가 1개인 경우에는 m개의 입력단자를 가지고 있으며, 각 입력단자는 m개의 신호 독출 회로(340)에 각각 연결되어 있다. 행 디코더(330)에 의해 선택되는 행을 담당하는 신호 독출 회로(340)가 독출한 전기신호를 A/D 컨버터(350)가 입력받고, 디지털 신호인 출력신호로 변환하여 출력 버퍼(370)로 출력한다. 또는 A/D 컨버터(350)가 m개인 경우에는 각 A/D 컨버터(350)가 m개의 신호 독출 회로(340)에 각각 연결되어 있으며, 연결된 신호 독출 회로(340)로부터의 전기신호를 아날로그/디지털 변환하여 m개의 출력신호로 발생시킨다. 그리고 m개의 출력신호는 m개의 입력단자를 가지는 출력 버퍼(370)에 연결되고, 행 디코더(330)에 의해 선택되는 행에 상응하는 입력단자의 출력신호가 출력 버퍼(370)를 통해 칩 외부로 출력된다. The A /
본 발명에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서는 하나의 칩 상에서 구현이 가능하다. Vertical type CMOS image sensor according to the present invention can be implemented on one chip.
도 6은 본 발명에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서에 의해 촬영된 움직이는 피사체의 이미지를 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)에 촬영된 피사체를 이용하여 움직이는 피사체의 이미지를 촬영하도록 한다. 6 is a view showing an image of a moving subject photographed by a CMOS image sensor of a vertical scan method according to the present invention. The image of the moving subject is captured by using the photographed subject in FIG.
도 6의 (a)를 참조하면, 시계방향으로 회전하는(화면 상에서는 우측에서 좌 측으로 이동하는) 피사체의 'G'글자가 거의 직사각형의 모양(610)을 가지고 있음을 알 수 있다. 이는 도 2의 (b)의 평행사변형 모양(220)과 비교하면 그 차이가 명확하다.Referring to FIG. 6A, it can be seen that the letter 'G' of the subject rotating clockwise (moving from right to left on the screen) has an almost
도 6의 (b)를 참조하면, 시계방향으로 회전하는(화면 상에서는 좌측에서 우측으로 이동하는) 피사체의 'G'글자가 역시 직사각형의 모양(620)을 가지고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6B, it can be seen that the letter 'G' of the subject rotating clockwise (moving from left to right on the screen) also has a
수직 스캔 방식(즉, 픽셀 어레이의 짧은 변에 평행한 방향으로 스캔하는 방식)의 CMOS형 이미지 센서의 경우 수평 방향으로 움직이는 피사체에 의한 왜곡이 완화되는 효과가 있다.In the case of a CMOS image sensor of a vertical scanning method (that is, scanning in a direction parallel to a short side of a pixel array), distortion by an object moving in a horizontal direction is alleviated.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 CMOS형 이미지 센서의 출력 방법은 다음과 같다. CMOS형 이미지 센서는 도 3에 도시된 것과 같이 하나 이상의 단위픽셀을 m개의 행과 n개의 열로 조합되어 이미지 데이터를 출력하는 픽셀 어레이(310)를 포함한다. 여기서, m, n은 자연수이고, m이 n보다 작은 것이 바람직하다. An output method of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention is as follows. The CMOS image sensor includes a
CMOS형 이미지 센서의 단위픽셀은 입력되는 광신호를 전기신호로 변환한다. 그리고 열 디코더(320)를 이용하여 픽셀 어레이의 열을 선택한다. 신호 독출 회로(340)는 선택된 열에 포함되는 각 단위픽셀의 전기신호를 독출한다. A/D 컨버터(350)는 전기신호를 아날로그/디지털 변환하고 출력신호를 발생시킨다. 출력 버퍼(370)는 출력신호를 칩 외부로 출력하는 과정을 거쳐 이미지를 출력한다. A unit pixel of a CMOS image sensor converts an input optical signal into an electrical signal. The
여기서, 열 디코더(320)는 픽셀 어레이의 n개의 열에 대하여 순차적으로 또 는 미리 지정된 순서에 의해 하나씩의 열을 선택한다. 각 열이 선택되고 선택된 열의 단위픽셀들의 전기신호가 모두 독출된 후에 다음 열이 선택됨으로 인해 수직 스캔이 이루어지게 된다.Here, the
본 발명에서 픽셀 어레이는 열 방향으로의 단위픽셀 수(즉, 한 행의 단위픽셀 수 m)가 행 방향으로의 단위픽셀 수(즉, 한 열의 단위픽셀 수 n)보다 작기 때문에, 열 방향으로의 피사체 움직임에 대한 왜곡은 행 방향으로의 피사체 움직임에 의한 왜곡보다 덜 민감한 효과가 있다. In the present invention, the pixel array has a unit pixel in the column direction (i.e., the number of unit pixels m in a row) is smaller than the number of unit pixels in the row direction (i.e., the number of unit pixels n in a column). The distortion of the subject movement is less sensitive than the distortion caused by the subject movement in the row direction.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직 스캔 방식의 CMOS형 이미지 센서는 움직이는 피사체의 이미지의 왜곡을 줄일 수 있다. As described above, the vertical scan type CMOS image sensor according to the present invention can reduce distortion of an image of a moving subject.
또한, 신호 독출 회로 또는 A/D 컨버터의 수를 줄임으로써 전체 칩 사이즈를 작게 할 수 있다. In addition, the total chip size can be reduced by reducing the number of signal reading circuits or A / D converters.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
Claims (8)
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