KR100771117B1 - Image sensor and control method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 정지 영상의 왜곡을 방지하는 이미지 센서로서, 광전 변환에 의해 생성되는 전하를 축적하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드의 리셋 및 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 복수의 단위 픽셀이 2차원 배열되는 픽셀 어레이; 및 정지 영상 캡쳐 모드인 경우, 상기 복수의 단위 픽셀에 포함된 상기 포토 다이오드를 동시에 리셋하는 펄스를 공급하며, 미리 설정된 시간 후에 상기 플로팅 확산 영역으로의 전송을 위한 펄스를 상기 복수의 단위 픽셀에 동시에 공급하는 타이밍 제너레이터를 포함하는 이미지 센서가 제공된다. 본 발명에 따르면, 정지 영상의 왜곡을 방지할 수 있고, 동영상 캡쳐 시 프레임 전송 레이트를 높일 수 있는 장점이 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor and a control method thereof. According to the present invention, there is provided an image sensor for preventing distortion of a still image, comprising: a photodiode that accumulates charge generated by photoelectric conversion; A pixel array in which a plurality of unit pixels including at least one transistor for transferring charge accumulated in a diode to a floating diffusion region are two-dimensionally arranged; And in the still image capture mode, supply a pulse for simultaneously resetting the photodiodes included in the plurality of unit pixels, and simultaneously transmitting a pulse for transmission to the floating diffusion region to the plurality of unit pixels after a preset time. An image sensor is provided that includes a timing generator for supplying. According to the present invention, it is possible to prevent distortion of a still image and to increase frame transmission rate when capturing a video.
정지 영상, 픽셀, 리셋, 전송, 타이밍 제너레이터 Still Image, Pixel, Reset, Transfer, Timing Generator
Description
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 블록도.1 is a block diagram of a typical CMOS image sensor.
도 2는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 각 픽셀 회로도. 2 is a circuit diagram of each pixel of a typical CMOS image sensor.
도 3은 종래기술에 따른 롤링 셔터 방식에서의 이미지 센서의 동작을 나타내는 타이밍도.Figure 3 is a timing diagram showing the operation of the image sensor in the rolling shutter system according to the prior art.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 카메라 장치의 블록도. 4 is a block diagram of a camera apparatus including an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 촬상 시의 이미지 센서의 픽셀 어레이 구동 모드를 도시한 도면. 5 is a diagram illustrating a pixel array driving mode of an image sensor during image capturing according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정지 영상 촬상 시의 픽셀 어레이 구동을 나타내는 타이밍도. Fig. 6 is a timing chart showing pixel array driving during still image pick-up according to the preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 이미지 센서 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정지 영상 촬상 시 왜곡이 없는 영상을 제공할 수 있는 이미지 센서 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an image sensor and a control method thereof, and more particularly, to an image sensor and a control method thereof capable of providing an image without distortion during still image capturing.
과거 카메라는 아날로그 카메라가 일반적이었으나, 최근에는 디지털 처리 기술의 발달과 이미지 센서의 픽셀 고집적화가 이루어짐에 따라 디지털 카메라라 급속도로 보급되고 있는 실정이다. In the past, analog cameras were generally used. However, in recent years, digital cameras are rapidly being used as digital cameras due to the development of digital processing technology and high pixel integration of image sensors.
디지털 카메라는 피사체의 빛 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리하는데, 이를 위해 가장 필요한 것 중 하나가 이미지 센서이며, 현재 이미지 센서는 CCD(Charged Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서가 주로 사용되고 있다. A digital camera converts a light signal of a subject into a digital signal, and one of the most necessary is an image sensor. Currently, an image sensor mainly includes a Charged Coupled Device (CCD) and a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor. It is used.
이중 CMOS 이미지 센서는 픽셀 수만큼 금속산화반도체를 만들고, 이것을 이용하여 순차적으로 각 픽셀에서 출력하는 신호를 검출하는 스위칭 방식으로 사용하는 방식이며, CCD에 비해 구동 방식이 간단하며, 다양한 스캐닝이 가능할 뿐만 아니라, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 특히 소형 디지털 카메라 장치에 주로 사용되고 있다. The dual CMOS image sensor uses metal oxide semiconductors as many as the number of pixels, and uses them as a switching method that sequentially detects the signals output from each pixel. In addition, since signal processing circuits can be integrated on a single chip, they are mainly used for small digital camera devices.
또한, CMOS는 제조 단가가 낮고, 전력 소모를 크게 줄일 수 있는 장점이 가지고 있다. In addition, CMOS has advantages in low manufacturing cost and greatly reducing power consumption.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 블록도이며, 도 2는 일반적인 CMOS 이미지 센서의 각 픽셀 회로도이다. 1 is a block diagram of a general CMOS image sensor, and FIG. 2 is a circuit diagram of each pixel of a general CMOS image sensor.
도 1을 참조하면, CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이(110), 로 디코더(row decoder, 130), CDS 및 ADC(Correlated Double Sampling & Analog Digital Converter, 150) 및 칼럼 디코더(column decoder, 170)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a CMOS image sensor includes a
픽셀 어레이(110)에는 도 2와 같은 단위 픽셀이 배열되어 있으며, 로 어드레 스(row address)를 지정할 로 디코더(130)가 픽셀 어레이(110)의 한쪽 방향에 배치되며, 이와 직각 방향으로 픽셀 데이터를 수신하며, 픽셀들의 칼럼 어드레스를 지정할 칼럼 디코더(170)가 배치된다. In the
로 디코더는 다수의 게이트로 구성되는 복수의 로 디코더 셀로 구성되며, 로 디코더 셀은 어드레스 인입선, 전송 신호 인입선, 선택 신호 인입선 및 리셋 신호 인입선을 통해 입력 신호를 전달 받으며, 리셋 신호 인입선을 통해 인입되는 리셋 신호 및 어드레스 신호 인입선을 통해 인입되는 어드레스 신호에 따라 생성되는 리셋 게이트 신호를 출력하는 리셋 게이트 신호 출력부, 선택 신호 인입선을 통해 인입되는 선택 신호 및 어드레스 신호 인입선을 통해 인입되는 어드레스 신호에 따라 생성되는 선택 게이트 신호를 출력하는 선택 게이트 신호 출력부 및 전송 신호 인입선을 통해 인입되는 전송 신호를 출력하는 전송 신호 출력선을 통해 출력 신호를 출력한다. The low decoder includes a plurality of low decoder cells including a plurality of gates. The low decoder cell receives an input signal through an address lead line, a transmission signal lead line, a selection signal lead line, and a reset signal lead line, and is input through a reset signal lead line. A reset gate signal output unit for outputting a reset gate signal generated according to an address signal incoming through a reset signal and an address signal lead-in, a selection signal incoming through a selection signal lead-in and an address signal incoming through an address signal lead-in An output signal is output through a selection gate signal output unit for outputting a selection gate signal and a transmission signal output line for outputting a transmission signal input through the transmission signal lead line.
보다 상세하게, CMOS 이미지 센서로부터 데이터를 추출하는 과정은 로 디코더(130)에서 특정 픽셀 행(row)을 선택한 후에 칼럼 디코더(170)에서 선택된 행에서의 각 픽셀에 대한 데이터를 추출한 후, 각 픽셀 데이터를 증폭한다. 이러한 방법으로서, 픽셀 어레이의 전체 픽셀에 대한 데이터를 추출한다. More specifically, the process of extracting data from the CMOS image sensor may be performed by selecting a specific pixel row in the
이와 같이 추출된 픽셀 데이터는 아날로그 데이터이며, CDS 및 ADC 부(140)에 의해 디지털 데이터로 변환되고 샘플링되어 고화질의 영상을 얻을 수 있도록 한다. The extracted pixel data is analog data and is converted into digital data by the CDS and ADC unit 140 and sampled to obtain a high quality image.
픽셀 데이터 추출 과정을 도 2를 참조하여 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같 이, 단위 픽셀은 광전 변환을 수행하는 포토 다이오드(Photo Diode, PD), 리셋 게이트 신호에 의해 포토 다이오드를 리셋하는 리셋 트랜지스터(Rx), 전송 신호에 응답하여 포토 다이오드에 충전된 전자를 플로팅 확산 영역으로 전달하는 전송 트랜지스터(Tx), 플로팅 확산 영역의 전극 전압 변화에 따라 소스 팔로워(source-follower) 회로의 전류를 변화시켜 단위 픽셀의 출력 전압을 바꾸어 주는 드라이드 트랜지스터(Dx) 및 선택 게이트 신호에 따라 플로팅 확산 영역의 전압 변화에 의해 발생된 단위 픽셀의 출력 전압을 아날로그적으로 출력하는 선택 트랜지스터(Sx)로 구성된다. The pixel data extraction process will be described with reference to FIG. 2. As shown in FIG. 2, a unit pixel includes a photo diode (PD) for performing photoelectric conversion and a reset for resetting the photo diode by a reset gate signal. Transistor (Rx), transfer transistor (Tx) that transfers the electrons charged in the photodiode to the floating diffusion region in response to the transmission signal, changes the current of the source follower circuit according to the change of the electrode voltage of the floating diffusion region And a select transistor Sx for analogly outputting the output voltage of the unit pixel generated by the voltage change of the floating diffusion region according to the selection gate signal.
현재, CMOS와 같은 이미지 센서를 구비하는 디지털 카메라는 롤링 셔터 방식에 의해 피사체를 캡쳐(capture)하는데, 롤링 셔터 방식은 2차원 배열된 복수의 픽셀을 행 단위(pixel)로 순차적으로 노출시키고, 미리 설정된 노출 시간 후, 각 픽셀 행에서의 데이터를 순차적으로 출력하여 판독하는 방식이다. Currently, a digital camera having an image sensor such as a CMOS captures a subject by a rolling shutter method. The rolling shutter method sequentially exposes a plurality of pixels arranged in two dimensions in a row unit, and advances them. After the set exposure time, data in each pixel row is sequentially output and read out.
도 3은 종래기술에 따른 롤링 셔터 방식에서의 이미지 센서의 동작을 나타내는 타이밍도이다.3 is a timing diagram illustrating an operation of an image sensor in a rolling shutter method according to the related art.
도 3을 참조하면, 롤링 셔터 방식은 먼저 선택 게이트 신호(SG)에 의해 특정 행이 선택되면, 리셋 게이트 신호(RG)에 의해 특정 픽셀 행을 리셋한다. Referring to FIG. 3, when a specific row is first selected by the selection gate signal SG, the rolling shutter method resets a specific pixel row by the reset gate signal RG.
이에 따라 픽셀이 빛에 노출되며, 미리 설정된 노광 시간 후(리셋 펄스와 전송 펄스 사이의 시간 차이)에 전송 게이트 신호(TG)에 의해 포토 다이오드에 축적된 전하가 플로팅 확산 영역으로 전송된다. Accordingly, the pixel is exposed to light, and the charge accumulated in the photodiode by the transfer gate signal TG is transferred to the floating diffusion region after a preset exposure time (time difference between the reset pulse and the transfer pulse).
도 3에서, Vout은 i 번째 행에서의 전압를 나타내는 것으로서, a 레벨은 선 택 게이트 신호에 의한 출력 노드의 초기 전압이며, b 레벨은 리셋 게이트 신호에 의해 리셋된 후의 출력 노드 전압, c 레벨은 전송 게이트 신호에 의해 플로팅 확산 영역으로의 전송이 이루어진 후의 전압 레벨이며, b와 c 레벨의 전압 차이가 실제적인 픽셀 데이터를 의미한다. In Figure 3, Vout represents the voltage in the i-th row, where a level is the initial voltage of the output node by the selection gate signal, b level is the output node voltage after being reset by the reset gate signal, and c level is the transmission. The voltage level after the transfer to the floating diffusion region is performed by the gate signal, and the voltage difference between the b and c levels means actual pixel data.
이와 같은 방식으로 i+1 번째 행에서의 픽셀 데이터가 수집되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 롤링 셔터 방식에서는 각 픽셀 행에 대해 리셋과 전송 게이트 신호가 순차적으로 발생함에 따라 각 픽셀 행의 노출 시간에 차이가 발생하게 된다. In this manner, pixel data in the i + 1 th row is collected. As shown in FIG. 3, in the rolling shutter method, the reset and the transfer gate signals are sequentially generated for each pixel row, thereby exposing each pixel row. There will be a difference in time.
따라서, 종래의 롤링 셔터 방식에 의해 정지 영상을 캡쳐하는 경우, 수직으로 뻗어있는 물체가 수평으로 기울어진 것처럼 영상 왜곡이 발생하는 문제점이 있었다. Therefore, when capturing a still image by a conventional rolling shutter method, there is a problem that image distortion occurs as if an object extending vertically is inclined horizontally.
이를 해결하기 위해, 정지 영상 캡쳐를 위해 기계적 셔터(mechanical shutter)를 사용하는 방식을 사용하였는데, 이는 각 픽셀에 동일한 노출 시간을 적용할 수 있고, 짧은 노출 시간을 필요로 하는 상황에서도 왜곡된 영상 방지할 수 있었으나, 이는 별도의 기구적인 장치가 추가되며, 이를 구동하기 위한 제어 장치를 필요하다는 점에서 설계상의 문제 및 제조 단가를 상승시키는 문제점이 있었다. To solve this problem, a mechanical shutter is used to capture still images, which can apply the same exposure time to each pixel and prevent distorted images even in a situation requiring a short exposure time. Although it can be, this is a separate mechanical device is added, there is a problem in the design problem and the manufacturing cost increase in that it requires a control device for driving it.
또한, 기계적 셔터는 정지 영상의 왜곡을 방지할 수는 있으나, 동영상 촬상 시, 하나의 프레임을 구성하는 모든 픽셀에 대해 리셋 및 전송이 이루어진 후에 다음 프레임의 전송이 가능하기 때문에 프레임 전송 레이트가 현저하게 감소하는 문제점이 있었다. In addition, although the mechanical shutter can prevent distortion of still images, the frame transfer rate is remarkably high since the next frame can be transmitted after reset and transfer of all pixels constituting one frame. There was a declining issue.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 정지 영상 캡쳐 시, 영상의 왜곡을 방지할 수 있는 이미지 센서 및 이의 제어 방법을 제안하고자 한다. In the present invention, to solve the problems of the prior art as described above, an image sensor and a control method thereof that can prevent distortion of the image when capturing a still image.
본 발명의 다른 목적은 별도의 기구적 구성 및 제어 장치를 추가하지 않더라도 짧은 노출 시간에서 왜곡이 없는 정지 영상을 얻을 수 있는 이미지 센서 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an image sensor and a control method thereof capable of obtaining a still image without distortion in a short exposure time without adding a separate mechanical configuration and control device.
본 발명의 다른 목적은 동영상에 관한 프레임 전송 레이트를 감소시키지 않는 이미지 센서 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an image sensor and a method of controlling the same, which does not reduce the frame transmission rate related to moving pictures.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 정지 영상의 왜곡을 방지하는 이미지 센서로서, 광전 변환에 의해 생성되는 전하를 축적하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드의 리셋 및 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 복수의 단위 픽셀이 2차원 배열되는 픽셀 어레이; 및 정지 영상 캡쳐 모드인 경우, 상기 복수의 단위 픽셀에 포함된 상기 포토 다이오드를 동시에 리셋하는 펄스를 공급하며, 미리 설정된 시간 후에 상기 플로팅 확산 영역으로의 전송을 위한 펄스를 상기 복수의 단위 픽셀에 동시에 공급하는 타이밍 제너레이 터를 포함하는 이미지 센서가 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, an image sensor for preventing the distortion of the still image, a photodiode that accumulates the charge generated by the photoelectric conversion, the reset of the photodiode and A pixel array in which a plurality of unit pixels including at least one transistor for transferring charges accumulated in the photodiode to a floating diffusion region are two-dimensionally arranged; And in the still image capture mode, supply a pulse for simultaneously resetting the photodiodes included in the plurality of unit pixels, and simultaneously transmitting a pulse for transmission to the floating diffusion region to the plurality of unit pixels after a preset time. An image sensor is provided that includes a timing generator for supplying.
상기 타이밍 제너레이터는 동영상 캡쳐 모드인 경우, 상기 픽셀 어레이의 각 픽셀 행(row)에 대해 순차적으로 상기 리셋 및 전송을 위한 펄스를 공급하는 것이 바람직하며, 상기 단위 픽셀은 상기 포토 다이오드의 전위를 리셋하는 리셋 트랜지스터, 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 전송하는 전송 트랜지스터 및 상기 전송을 위한 펄스가 공급된 후, 상기 플로팅 확산 영역의 전위에 대응하는 신호를 출력하는 선택 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직하다. When the timing generator is in the video capture mode, it is preferable to sequentially supply pulses for the reset and the transmission to each pixel row of the pixel array, wherein the unit pixel resets the potential of the photodiode. A reset transistor, a transfer transistor for transferring charge accumulated in the photodiode, and a selection transistor for outputting a signal corresponding to the potential of the floating diffusion region after the pulse for the transfer is supplied.
본 발명에 따르면, 상기 타이밍 제너레이터는 상기 픽셀 어레이의 n번째 행에 대한 각 단위 픽셀의 선택 트랜스지스터가 온(on) 된 후에 상기 플로팅 확산 영역의 전위에 대응하는 신호를 출력하도록 하는 제1 샘플 홀드 펄스(SHD)를 공급할 수 있으며, 상기 타이밍 제너레이터는 상기 픽셀 어레이의 상기 n번째 행에 대한 각 단위 픽셀의 상기 플로팅 확산 영역을 리셋하는 펄스를 공급하며, 리셋된 플로팅 확산 영역의 전위에 대응하는 신호를 출력하도록 하는 제2 샘플 홀드 펄스(SHR)를 공급할 수 있다. According to the present invention, the timing generator is configured to output a signal corresponding to the potential of the floating diffusion region after the selection transistor of each unit pixel for the nth row of the pixel array is turned on. A pulse SHD may be supplied, and the timing generator supplies a pulse for resetting the floating diffusion region of each unit pixel for the nth row of the pixel array, and a signal corresponding to the potential of the reset floating diffusion region. The second sample hold pulse SHR may be supplied to output the second sample hold pulse SHR.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광전 변환에 의해 생성되는 전하를 축적하는 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드의 리셋 및 상기 포토 다이오드에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 적어도 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 복수의 단위 픽셀이 2차원 배열되는 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에서 정지 영상 왜곡을 방지하는 방법으로서, 현재의 영상 캡쳐 모드를 판단하는 단계; 현재의 영상 캡쳐 모드가 정지 영상 캡쳐인 경우, 상기 복수의 단위 픽셀에 포함된 상기 포토 다이오드를 동시에 리셋하는 펄스를 공급하는 단계; 및 미리 설정된 시간 경과 후, 상기 플로팅 확산 영역으로의 전송을 위한 펄스를 상기 복수의 단위 픽셀에 동시에 공급하는 단계를 포함하는 이미지 센서 제어 방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, a plurality of comprising a photodiode accumulating charge generated by photoelectric conversion, at least one transistor for resetting the photodiode and transferring the charge accumulated in the photodiode to a floating diffusion region. A method for preventing still image distortion in an image sensor including a pixel array in which unit pixels of 2D are arranged, the method comprising: determining a current image capture mode; Supplying a pulse for simultaneously resetting the photodiodes included in the plurality of unit pixels when the current image capture mode is still image capture; And simultaneously supplying pulses for transmission to the floating diffusion region to the plurality of unit pixels after a predetermined time elapses.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서 및 이의 제어 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of an image sensor and a control method thereof according to the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 카메라 장치를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a camera apparatus including an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 카메라 장치는 렌즈부(400), 이미지 센서(402), 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor, 404), 메모리 컨트롤러(406), 코덱(408), 메모리(410) 및 CPU(412)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4, the camera apparatus according to the present invention includes a
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 영상 캡쳐 과정을 상세하게 설명한다.Referring to Figure 4 will be described in detail the image capture process according to the present invention.
렌즈부(400)를 통해 입사된 광선은 이미지 센서(402)의 픽셀 어레이에 수집된다. Light rays incident through the
이미지 센서(402)는 CMOS 이미지 센서일 수 있으며, 복수의 단위 픽셀이 2차원으로 배열된 픽셀 어레이, 픽셀 어레이의 행(row) 방향으로 어드레스를 배정하는 로 디코더 및 각 픽셀 행의 칼럼 방향으로 칼럼 어드레스를 배정하는 칼럼 디코더를 포함할 수 있다. The
또한, 단위 픽셀은 도 2에 도시된 바와 같이 광전 변환에 의해 생성되는 전하를 축적하는 포토 다이오드, 포토 다이오드에 축적된 전하가 이동되는 플로팅 확 산 영역, 선택/리셋/전송 트랜지스터를 포함할 수 있는데, 이들 트랜지스터는 선택/리셋/전송 게이트 신호에 의해 온/오프되며, 상기한 게이트 신호는 타이밍 제너레이터(Timing Generator, 미도시)가 공급하는 펄스에 의해 생성된다. In addition, the unit pixel may include a photodiode that accumulates the charge generated by the photoelectric conversion, a floating diffusion region where the charge accumulated in the photodiode is transferred, and a select / reset / transfer transistor as shown in FIG. 2. These transistors are turned on / off by a select / reset / transmit gate signal, and the gate signal is generated by a pulse supplied by a timing generator (not shown).
따라서, 이미지 센서(402)에서, 픽셀 어레이의 구동은 타이밍 제너레이터에 의해 제어되는데, 본 발명에 따른 타이밍 제너레이터는 도 5에 도시된 바와 같이, 동영상 캡쳐 시(continuous capture mode)에서는 일반적인 픽셀 어레이가 롤링 모드(rolling mode, 롤링 셔터 방식)로 동작하도록 제어하다가 정지 영상 캡쳐 시(single capture mode)인 경우에 전송 모드(transfer mode)로 동작하도록 제어한다. Therefore, in the
영상 캡쳐 시, 타이밍 제너레이터는 픽셀 어레이에 포토 다이오드의 리셋을 위한 펄스를 공급하며, 미리 설정된 시간이 경과한 후, 포토 다이오드에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 펄스를 공급한다. When capturing an image, the timing generator supplies a pulse for resetting the photodiode to the pixel array and supplies a pulse for transferring the charge accumulated in the photodiode to the floating diffusion region after a predetermined time elapses.
리셋과 전송 사이의 미리 설정된 시간 차이가 픽셀의 노출(노광) 시간에 해당되는데, 동영상 캡쳐 시, 타이밍 제너레이터는 각 픽셀 행에 리셋을 위한 펄스를 순차적으로 공급하고, 각 픽셀 행에 대해 미리 설정된 노출 시간이 경과한 후에 전송을 위한 펄스를 역시 순차적으로 공급하는 과정을 수행한다. The preset time difference between reset and transfer corresponds to the exposure (exposure) time of the pixels.When capturing a video, the timing generator sequentially supplies pulses for reset to each pixel row, and the preset exposure for each pixel row. After the elapse of time, the pulse for transmission is also sequentially supplied.
동영상 캡쳐 시, 상기한 롤링 캡쳐 방식에 의해 픽셀 어레이를 구동하는 경우, 하나의 프레임에 대한 픽셀 데이터 수집이 완료되기 이전에라도 다음 프레임이 대한 픽셀 데이터 수집 과정이 이루어질 수 있으므로 프레임 전송 레이트를 높일 수 있다. When capturing a video, the pixel array is driven by the rolling capture method, and thus, the frame rate may be increased since the pixel data collection process for the next frame may be performed even before the pixel data collection for one frame is completed. .
그러나, 정지 영상 캡쳐 시 롤링 캡쳐 방식에 의할 경우, 전술한 바와 같이, 영상의 왜곡이 발생할 수 있는 바, 본 발명에 따른 타이밍 제너레이터는 현재의 영상 캡쳐 모드를 판단하여 정지 영상 캡쳐인 경우, 모든 픽셀 행에 대해 리셋을 위한 펄스를 동시에 공급하고, 미리 설정된 시간 경과 후 모든 픽셀 행에 대해 전송을 위한 펄스를 동시에 공급함으로써 모든 픽셀 행에 대해 동일한 노출 시간이 적용될 수 있도록 한다. However, as described above, when the still image capture is performed by the rolling capture method, distortion of the image may occur. In the case of the still image capture, the timing generator according to the present invention determines the current image capture mode. The same exposure time can be applied to all the pixel rows by simultaneously supplying the pulses for the reset to the pixel rows and simultaneously supplying the pulses for the transmission to all the pixel rows after a predetermined time elapses.
이처럼, 정지 영상 캡쳐인 경우에 픽셀 어레이의 구동 방식을 변환하는 것은 동영상 캡쳐 시에 상기와 같이, 동시에 리셋 및 전송을 위한 펄스를 공급하는 경우, 하나의 프레임에 대한 모든 픽셀 행에서 전송이 완료되어야 다음 프레임에서의 전송이 이루어지기 때문에 동영상을 얻는데 상당한 시간을 소요하게 하는 문제가 있기 때문이다. As described above, in the case of the still image capturing, the switching of the driving method of the pixel array requires the transmission to be completed in every pixel row for one frame when the pulses for reset and transmission are simultaneously supplied as described above. This is because there is a problem that it takes a considerable time to obtain a moving picture because the transmission is performed in the next frame.
상기와 같은 리셋 및 전송 과정에 의해 정지 영상 또는 동영상에 대한 픽셀 데이터가 수집되며, 이는 도4에 도시된 이미지 신호 프로세서(404)로 출력된다. The pixel data for the still image or the moving image is collected by the above-described reset and transmission process, which is output to the
이미지 신호 프로세서(404)는 수집된 픽셀 데이터(RGB 데이터)를 실제 컬러 데이터로 변환하며, RGB 데이터를 휘도 및 색도 정보를 포함하는 YUV(YIQ) 데이터로 변환한다. The
이미지 신호 프로세서(404)에서 변환된 데이터는 메모리 컨트롤러(406)에 입력되며, 코덱(408)에 의한 압축 과정을 거친 후, 메모리(410)에 저장된다. The data converted by the
본 발명에 따른 제어부(CPU, 412)는 도 4에 도시된 각 수단의 전반적인 제어 과정을 수행하며, 특히 타이밍 제너레이터가 정지 영상 또는 동영상 캡쳐 모드에서 다른 방식으로 펄스를 공급할 수 있도록 제어할 수 있다. The controller (CPU) 412 according to the present invention performs the overall control process of each means shown in FIG. 4, and in particular, may control the timing generator to supply pulses in a different manner in a still image or video capture mode.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정지 영상 촬상 시의 이미지 센서의 동작을 나타내는 타이밍도이다.6 is a timing diagram illustrating an operation of an image sensor during still image capturing according to an exemplary embodiment of the present invention.
도6은 정지 영상을 캡쳐하는 경우의 픽셀 어레이 구동을 도시한 것이다. Fig. 6 shows the pixel array driving in the case of capturing still images.
도6을 참조하면, 정지 영상을 캡쳐하는 경우, 타이밍 제너레이터는 모든 단위 픽셀을 리셋하기 위한 펄스를 공급하며 이에 따라 리셋 게이트 신호(RG-all)가 모든 단위 픽셀의 리셋 트랜지스터에 인입된다. Referring to FIG. 6, when capturing a still image, the timing generator supplies a pulse for resetting all unit pixels so that the reset gate signal RG-all is introduced into the reset transistors of all unit pixels.
미리 설정된 시간이 경과한 후, 즉, 동일한 노출 시간 적용 후, 타이밍 제너레이터는 모든 단위 픽셀의 포토 다이오드에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 펄스를 공급하여 이에 따라 전송 게이트 신호(TG-all)가 모든 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 인입된다. After a predetermined time has elapsed, i.e., after applying the same exposure time, the timing generator supplies a pulse for transferring charges accumulated in the photodiodes of all the unit pixels to the floating diffusion region and thus transfer gate signal TG-all. ) Is introduced into the transfer transistors of all the unit pixels.
한편, 상기와 같이, 모든 단위 픽셀에 대해 동일한 노출 시간이 적용되고, 전송 게이트 신호가 인입된 후에 타이밍 제너레이터는 각 단위 픽셀에 저장된 픽셀 데이터를 수집하기 위해, 픽셀 행에 대해 순차적으로 선택 게이트 신호(SG-n th) 생성을 위한 펄스를 공급한다. On the other hand, as described above, after the same exposure time is applied to all the unit pixels, and after the transmission gate signal is introduced, the timing generator sequentially selects the selection gate signal (for the pixel row) to collect pixel data stored in each unit pixel. SG-n th) supply the pulse for generation.
특정 픽셀 행에 선택 게이트 신호가 인입된 후, 타이밍 제너레이터는 제1 샘플 홀드 펄스를 공급하며, 이에 따라 선택된 픽셀 행에 대한 리셋 전 플로팅 확산 영역에서의 전위값이 판독된다. After the select gate signal is introduced into a particular pixel row, the timing generator supplies a first sample hold pulse, thereby reading the potential value in the floating diffusion region before reset for the selected pixel row.
제1 샘플 홀드 펄스는 도 2의 칼럼 디코더에 공급될 수 있으며, 칼럼 디코더는 선택된 픽셀 행에 대한 전위값이 아날로그적으로 출력될 수 있도록 한다. The first sample hold pulse may be supplied to the column decoder of FIG. 2, which allows the potential value for the selected pixel row to be output analogously.
전술한 바와 같이, 각 픽셀 행에 대해 리셋 전후의 플로팅 확산 영역에서의 전위차가 실제 픽셀 데이터에 해당되므로, 본 발명에 따른 타이밍 제너레이터는 선택된 픽셀 행을 리셋시키기 위한 펄스를 공급하여, 이에 따라 플로팅 확산 영역이 리셋된다. As described above, since the potential difference in the floating diffusion region before and after the reset for each pixel row corresponds to the actual pixel data, the timing generator according to the present invention supplies a pulse for resetting the selected pixel row, and thus floating diffusion. The area is reset.
이후, 타이밍 제너레이터는 제2 샘플 홀드 펄스를 칼럼 디코더로 공급하며, 칼럼 디코더는 리셋된 플로팅 확산 영역의 전위값이 아날로그적으로 출력될 수 있도록 한다. The timing generator then supplies a second sample hold pulse to the column decoder, which allows the potential value of the reset floating diffusion region to be output analogously.
CDS 및 ADC는 상기와 같이 리셋 전후의 플로팅 확산 영역의 전위값을 차분한 값(첫번째 픽셀 행에 대한 실제 데이터)을 디지털로 출력한다. The CDS and the ADC digitally output the value obtained by subtracting the potential value of the floating diffusion region before and after the reset (actual data for the first pixel row) as described above.
선택된 픽셀 행에서의 픽셀 데이터가 수집된 이후에 다음 픽셀 행에서도 동일한 과정이 수행되며, 이를 통해 정지 영상에 대한 모든 픽셀 데이터를 수집할 수 있다. After the pixel data of the selected pixel row is collected, the same process is performed on the next pixel row, thereby collecting all pixel data of the still image.
본 발명에 따르면, 정지 영상과 동영상 캡쳐 시, 서로 다른 방식으로 픽셀 어레이가 구동되도록 함으로써 정지 영상의 왜곡을 방지하고 동영상의 프레임 전송 레이트를 높일 수 있게 된다. According to the present invention, when the still image and the moving image are captured, the pixel array is driven in different ways, thereby preventing distortion of the still image and increasing the frame transfer rate of the moving image.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정지 영상 캡쳐 시, 움직이는 물체에 대한 캡쳐에서도 영상의 왜곡을 방지할 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, when capturing a still image, there is an advantage of preventing distortion of the image even when capturing a moving object.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 캡쳐 모드가 아닌 정지 영상과 동영상 캡쳐 시, 다른 모드를 적용함으로써 동영상 캡쳐 시, 프레임 전송 레이트를 높일 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, when capturing a still image and a video, instead of one capture mode, a different mode is applied to increase the frame transmission rate when capturing a video.
또한, 본 발명에 따르면, 정지 영상 캡쳐 시, 별도의 기계적인 구성 및 제어 수단이 없더라도 왜곡이 없는 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, when capturing still images, there is an advantage that an image without distortion can be obtained without a separate mechanical configuration and control means.
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