KR101195389B1 - 서브 샘플링 기능을 구비한 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서는, 행과 열로 배열된 복수의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이의 영상 데이터를 독출하기 위해 단위 픽셀 데이터의 샘플링, 증폭 및 아날로그-디지털 변환을 수행하는 2 이상의 리드아웃 회로블록; 및 상기 픽셀 어레이의 열 라인과 각각의 상기 리드아웃 회로블록 사이의 연결을 설정하기 위한 스위칭부를 포함하고, 상기 스위칭부는, 서브 샘플링 모드에서 샘플링되는 모든 픽셀의 데이터가 상기 2개 이상의 리드아웃 회로블록 중 일부 리드아웃 회로블록에 의해서만 처리되도록 상기 픽셀 어레이의 열 라인과 상기 리드아웃 회로블록 사이의 연결을 설정한다.

Description

서브 샘플링 기능을 구비한 이미지 센서{Image sensor having sub-sampling function}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 픽셀 데이터의 서브 샘플링 기능을 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(image sensor)는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 포착(capture)하는 장치로서, 이미지 포착을 위해 다수의 픽셀을 포함한다. 예를 들어, CMOS 이미지 센서는 다수의 픽셀이 행과 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이를 포함하며, 각 픽셀은 광 센싱을 위한 포토다이오드와 복수의 트랜지스터를 갖는다. 이러한 이미지 센서의 픽셀 어레이로부터 나온 아날로그 신호는 리드아웃 회로의 아날로그-디지털 변환기(ADC: Analogue-to-Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환되고, ADC에 의해 변환된 디지털 신호는 라인 메모리에 저장된다. 이 후 컬럼 주소에 따라 라인 메모리에 저장된 데이터가 순차적으로 메모리 버스에 실려 이미지 신호 프로세서(image signal processor)에 전달된다.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서(100)의 블록도를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 픽셀 어레이(110), 픽셀이 갖는 고정 패턴 노이즈를 제거하고 컬럼 방향의 어드레스를 디코딩하는 CDS(Correlated Double Sampling)/컬럼 디코더(120), 아날로그 영상신호를 증폭하고 증폭된 아날로그 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 PGA(programmable gain amplifier)/ADC(analog-digital converter) 회로(130), 행 어드레스를 디코딩하는 로우 디코더(140), 로우 디코더(140)에 응답하여 픽셀 어레이의 행을 선택하는 로우 드라이버(150), 그리고 상술한 회로들(120, 130, 140, 150)을 제어하기 위한 제어부(160)를 포함한다. PGA/ADC 회로(130)는 제어부(160)의 제어에 의해 픽셀의 데이터를 샘플링한다. 선택된 픽셀의 데이터를 독출해내기 위한 리드아웃 회로는 픽셀 어레이(110)의 각 컬럼에 연결된 CDS 회로(120)와 PGA/ADC 회로(130)를 포함한다.
프레임 레이트(frame rate)를 증가시키고 출력 이미지 사이즈를 줄이기 위해 사용되는 서브 샘플링(sub-sampling) 기능은 현재 대부분의 이미지 센서 어플리케이션에서 제공되고 있다. 서브 샘플링 모드에서는, 노멀 모드(normal-mode)와 달리, 전체 픽셀 어레이의 데이터중 일부 데이터만을 뽑아서 노말 모드에서보다 해상도가 낮은 새로운 이미지를 만든다. 예를 들어 100×100 픽셀 어레의 이미지를 1/4 서브 샘플링하여 50×50 픽셀 어레이의 이미지를 만들 수 있다.
다채널의(multi-channel) 리드아웃 회로를 갖는 이미지 센서는 각 채널마다 PGA/ADC 블록을 구비하여 전체적으로 복수의 PGA/ADC 블록을 통해 픽셀 데이터를 샘플링할 수 있다. 이러한 다채널 리드아웃 회로를 갖는 이미지 센서는 모든 채널을 동작시키면서 어드레스 디코딩을 통하여 서브 샘플링을 지원하고 있다. 따라서, 서브 샘플링 모드시에도 리드아웃 회로의 각 채널에 부속된 아날로그 회로(예를 들어, CDS 회로, PGA 및 ADC 회로)들을 모두 동작시켜야 한다. 이에 따라, 서브 샘플링 모드는 이미지 센서의 전력 소모 측면에서 이득을 가져오지 못한다.
본 발명의 실시예는 서브 샘플링 모드에서 리드아웃 회로에 의한 전력 소모를 감소시킬 수 있는 이미지 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 행과 열로 배열된 복수의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이의 영상 데이터를 독출하기 위해 단위 픽셀 데이터의 샘플링, 증폭 및 아날로그-디지털 변환(analog-digital conversion)을 수행하는 2 이상의 리드아웃 회로블록; 및 상기 픽셀 어레이의 열 라인과 각각의 상기 리드아웃 회로블록 사이의 연결을 설정하기 위한 스위칭부를 포함하고, 상기 스위칭부는, 서브 샘플링 모드에서 샘플링되는 모든 픽셀의 데이터가 상기 2개 이상의 리드아웃 회로블록 중 일부 리드아웃 회로블록에 의해서만 처리되도록 상기 픽셀 어레이의 열 라인과 상기 리드아웃 회로블록 사이의 연결을 설정한다. 상기 서브 샘플링 모드에서, 상기 2개 이상의 리드아웃 회로블록 중 다른 리드아웃 회로블록에는 전원 공급이 차단될 수 있다.
상기 2개 이상의 리드아웃회로 블록은 제1 리드아웃 회로블록과 제2 리드아웃 회로블록을 포함하고, 상기 스위칭부는 상기 제1 리드아웃 회로블록을 상기 픽셀 어레이에 연결하기 위한 제1 스위칭 블록과 상기 제2 리드아웃회로블록을 상기 픽셀 어레이에 연결하기 위한 제2 스위칭 블록을 포함할 수 있다.
상기 스위칭부는 서브 샘플링 모드에서 샘플링되는 모든 픽셀이 상기 제1 리드아웃 회로블록에 의해서만 처리되도록 상기 픽셀 어레이의 열라인과 상기 리드아웃회로 블록 사이의 연결을 설정할 수 있다. 상기 서브 샘플링 모드에서, 상기 제2 리드아웃 회로블록에는 전원 공급이 차단될 수 있다.
상기 제1 스위칭 블록은 홀수 열 선택 신호 또는 짝수 열 선택 신호에 응답하여 대응하는 홀수 열 라인 또는 짝수 열 라인을 상기 제1 리드아웃 회로블록에 연결하는 복수의 열 선택 스위치를 구비할 수 있다. 상기 제1 스위칭 블록의 열 선택 스위치는 제(2n+1) 열 라인(n은 0 이상의 정수)과 제(2n+2) 열 라인 중 하나를 상기 제1 리드아웃 회로블록에 연결할 수 있다.
또한, 상기 제2 스위칭 블록은 홀수 열 선택 신호 또는 짝수 열 선택 신호에 응답하여 대응하는 홀수 열 라인 또는 짝수 열 라인을 상기 제2 리드아웃 회로블록에 연결하는 복수의 열 선택 스위치를 구비할 수 있다. 상기 제2 스위칭 블록의 열 선택 스위치는 제(2n+1) 열 라인(n은 0이상의 정수)과 제(2n+2) 열 라인 중 하나를 상기 제2 리드아웃 회로블록에 연결할 수 있다.
각각의 상기 리드아웃 회로블록은, 상기 단위 픽셀의 출력 신호를 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)하기 위한 적어도 하나의 CDS 블록; 및 상기 CDS 블록으로부터 출력된 아날로그 영상 신호를 증폭하고 증폭된 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 적어도 하나의 아날로그 프론트 엔드(analog front end; AFE) 블록을 포함한다. 각각의 상기 AFE 블록은 아날로그 영상 신호를 증폭하는 프로그래머블 게인 증폭기(programmable gain amplifier; PGA)와 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(analog-digital converter; ADC)를 포함할 수 있다.
각각의 상기 CDS 블록은 서로 인접하는 2개의 열 라인에 공유될 수 있다. 또한, 각각의 상기 리드아웃 회로블록은 복수의 CDS 블록과 복수의 아날로그 프론트 엔드 블록을 포함하되, 각각의 상기 아날로그 프론트 엔드 블록은 2 이상의 CDS 블록에 공유될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서브 샘플링 모드에서 사용되지 않는 채널의 리드아웃 회로블록에 공급되는 전원을 턴-오프시킴으로써 서브 샘플링시 소모되는 전력을 효과적으로 줄일 수 있다. 이에 따라 이미지 센서를 사용하는 제품의 전력 절약에 기여할 수 있다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면으로서 샘플링 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면으로서 노멀 모드를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 서브 샘플링 모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 이미지 센서(500)는 픽셀 어레이(210), 리드아웃 회로블록(260, 261), 그리고 픽셀 어레이(210)와 리드아웃 회로블록(260, 261) 간의 연결을 설정하는 스위칭부(270, 271)을 포함한다.
픽셀 어레이(210)는 행과 열로 배열된 복수의 단위 픽셀을 구비한다. 특히 픽셀 어레이(210)는 3 유형의 픽셀들, 즉 레드 픽셀(R0, R1, R2, R3), 블루 픽셀(B0, B1, B2, B3), 그린 픽셀(Gr0, Gr1, Gr2, Gr3, Gb0, Gb1, Gb2, Gb3)을 구비하여 베이어 패턴(Bayer pattern)의 픽셀 배열을 나타낸다. 도면에는 2개의 행과 8개의 열을 갖는 픽셀 어레이를 도시하고 있지만 본 설명이 다른 개수의 행과 열을 구비한 픽셀 어레이에 적용될 수 있음은 물론이다. 로우 드라이버(250)는 도시되지 않은 로우 디코더의 로우 어드레스 신호에 응답하여 픽셀 어레이(210)의 행 라인을 선택한다. 예를 들어, 로우 드라이버(250)는 픽셀 어레이(210)의 행 라인(Row0, Row1)을 순차적으로 선택할 수 있다. 제1 행 라인(Row0)이 선택될 경우 제1 행의 픽셀들(Gr0, R0, Gr1, R1, Gr2, R2, Gr3, R3)이 활성화되고, 제2 행 라인(Row1)이 선택될 경우 제2 행의 픽셀들(B0, Gb0, B1, Gb1, B2, Gb2, B3, Gb3)이 활성화된다.
2개 이상의 리드아웃 회로블록(260, 261)은 픽셀 어레이(210)의 영상 데이터를 독출하기 위한 회로이다. 이 리드아웃 회로블록(260, 261)은 픽셀 어레이(210)의 단위 픽셀 데이터를 샘플링하고, 샘플링된 신호를 증폭하며, 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 각 리드아웃 회로블록(260, 261)은 적어도 하나의 CDS(correlated double sampling) 블록과 적어도 하나의 아날로그 프론트 엔드 블록(analog front end; AFE) 블록을 포함한다. CDS 블록은 단위 픽셀의 출력 신호를 상관 이중 샘플링하여 단위 픽셀이 갖는 고정 패턴 노이즈(fixed pattern noise)를 제거한다. AFE 블록은 CDS 블록으로부터 출력된 아날로그 영상 신호를 증폭하고, 증폭된 아날로그 영상 신호를 디지털 신호로 변환한다. 본 실시예에서는, 제1 리드아웃 회로블록(260)은 복수의 CDS 블록(Col1-0, Col1-1, Col1-2, Col1-3)과 복수의 AFE 블록(230, 231)을 포함한다. 제2 리드아웃 회로블록(261)은 복수의 CDS 블록(Col2-0, Col2-1, Col2-2, Col2-3)과 복수의 AFE 블록(232, 233)을 포함한다. 각 AFE 블록(230, 231, 232, 233)은 아날로그 영상 신호를 증폭하는 프로그래머블 게인 증폭기(PGA)와, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 CDS 블록은 서로 인접하는 2개의 열 라인에 공유될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 CDS 블록(Col1-0)은 제1 열 라인(Gr0, B0)과 제2 열 라인(R0, Gb0)에 의해 공유되어 있다.
본 실시예에서는, 각 AFE 블록은 2 이상의 CDS 블록에 공유(share)되어 있는데, 하나의 AFE 블록를 공유하는 2 이상의 CDS 블록은 서로 다른 타이밍으로 구동될 수 있다. 각 AFE 블록(230, 231, 232, 233)은 픽셀 데이터를 독출하기 위한 채널을 형성한다. 따라서, 이미지 센서(500)는 복수의 독출 채널을 갖는 다채널 이미지 센서에 해당한다. 예를 들어, 제1 리드아웃 회로블록(260)은 제1 채널의 AFE 블록(230)과 제2 채널의 AFE 블록(231)을 포함하고, 제2 리드아웃 회로블록(261)은 제3 채널의 AFE 블록(232)과 제4 채널의 AFE 블록(233)을 포함한다. 제1 채널의 AFE 블록(230)은 2개의 CDS 블록(Col1-0, Col1-2)에 공유되고, 제2 채널의 AFE 블록(231)은 다른 2개의 CDS 블록(Col1-1, Col1-3)에 공유된다. 또한, 제3 채널의 AFE 블록(232)은 2개의 CDS 블록(Col2-0, Col2-2)에 공유되고, 제4 채널의 AFE 블록(233)은 다른 2개의 CDS 블록(Col2-1, Col2-3)에 공유된다.
스위칭부(270, 271)는 픽셀 어레이(210)의 열 라인과 각 리드아웃 회로블록(260, 261) 사이의 연결을 설정한다. 스위칭 제어부(240)는 홀수 열 선택 신호(sel0_odd, sel1_odd)와 짝수 열 선택 신호(sel0_even, sel1_even)를 통해서 스위칭부의 연결 동작을 제어한다. 특히, 서브 샘플링 모드에서, 스위칭부(270, 271)는 2이상의 리드아웃 회로블록(260, 261) 중 일부 리드아웃 회로블록의 채널만을 선택하여 그 선택된 일부의 리드아웃 회로블록을 통해서만 샘플링된 픽셀 데이터를 처리하도록 열 라인과 리드아웃 회로블록 간의 연결을 설정한다. 예를 들어, 서브 샘플링 모드에서, 스위칭부(270, 271)는 샘플링된 모든 픽셀 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)에 의해서만 처리되고 제2 리드아웃 회로블록(261)에 의해서는 처리되지 않도록 픽셀 어레이와 리드아웃 회로블록 간의 연결 동작을 수행할 수 있다. 스위칭부(270, 271)는 제1 스위칭 블록(270)과 제2 스위칭 블록(271)을 포함한다. 제1 스위칭 블록(270)은 제1 리드아웃 회로블록(260)과 픽셀 어레이(210) 간의 연결을 설정하고, 제2 스위칭 블록(271)은 제2 리드아웃 회로블록(261)과 픽셀 어레이(210) 간의 연결을 설정한다.
각 스위칭 블록(270, 271)은 복수의 열 선택 스위치(S1~S8, S9~S16)를 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 블록(270)에 있어서, 열 선택 스위치(S1~S8)는 홀수 열 선택 스위치(S1, S3, S5, S7)와 짝수 열 선택 스위치(S2, S4, S6, S8)로 분류될 수 있다. 홀수 열 선택 스위치(S1, S3, S5, S7)는 홀수 열 선택 신호(sel0_odd, sel1_odd)에 응답하여 대응하는 홀수 열 라인을 제1 리드아웃 회로블록(260)에 연결한다. 또한 짝수 열 선택 스위치(S2, S4, S6, S8)는 짝수 열 선택 신호(sel0_even, sel1_even)에 응답하여 대응하는 짝수 열 라인을 제1 리드아웃 회로블록(260)에 연결한다. 서로 인접한 홀수 열 라인과 짝수 열 라인은 2개씩 묶여서 하나의 CDS 블록을 공유할 수 있다. 예를 들어, 제1 열 라인(Gr0, B0)과 제2 열 라인(R0, Gb0)은 하나의 CDS 블록(Col1-0)을 공유한다. 열 선택 스위치(S1~S8)는 동일한 타이밍에서 제(2n+1) 열 라인(n은 0이상의 정수)과 제(2n+2) 열 라인 중 하나를 상기 제1 리드아웃 회로블록(270)에 연결할 수 있다. 예를 들어, 열 선택 스위치(S1, S2)는 동일한 타이밍에 2개의 열 라인((Gr0, B0), (R0, Gb0)) 중 하나를 제1 리드아웃 회로블록(260), 특히 CDS 블록(Col1-0)에 연결하도록 동작할 수 있다. 열 선택 스위치(S3, S4)는 동일한 타이밍에 2개의 열 라인((Gr1, B1), (R1, Gb1)) 중 하나를 CDS 블록(Col1-1)에 연결하도록 동작할 수 있다.
제2 스위칭 블록(271)도, 상술한 바와 마찬가지의 방식으로 복수의 열 선택 스위치(S9~S16)를 구비하며, 홀수 열 선택 신호(sel2_odd, sel3_odd) 또는 짝수 열 선택 신호(sel2_even, sel3_even)에 응답하여 대응하는 홀수 열 라인 또는 짝수 열 라인을 제2 리드아웃 회로블록(271)에 연결한다. 또한, 제2 스위칭 블록(271)에 있어서도, 열 선택 스위치(S9~S16)는 동일한 타이밍에서 제(2n+1) 열 라인(n은 0이상의 정수)과 제(2n+2) 열 라인 중 하나를 상기 제2 리드아웃 회로블록에 연결할 수 있다.
도 2를 참조하여, 서브 샘플링 모드에서의 이미지 센서 동작의 예를 구체적으로 설명한다. 로우 드라이버(250)에 의해 제1 행(Row0)이 선택되면, 제1 채널의 AFE 블록(230)에 연결하기 위한 홀수 열 선택 신호(sel0_odd)가 하이(high)로 되어 제1 열 라인의 열 선택 스위치(S1)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-0) 및 제1 채널의 AFE 블록(230)에 연결한다. 또한, 짝수 열 선택 신호(sel1_even)가 하이로 되어 제4 열 라인의 열 선택 스위치(S4)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-1) 및 제2 채널 AFE 블록(231)에 연결한다. 이에 따라, 픽셀(Gr0)의 데이터는 스위치(S1)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에서 제공되고, 픽셀(R1)의 데이터는 스위치(S4)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)에 제공된다.
제1 행(Row0)의 선택 동안에 다른 타이밍에서, 홀수 열 선택 신호(sel0_odd)가 하이로 되어 제5 열 라인의 열 선택 스위치(S5)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-2) 및 제1 채널 AFE 블록(230)에 연결한다. 또한, 짝수 열 선택 신호(sel1_even)가 하이로 되어 제8 열 라인의 열 선택 스위치(S8)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-3) 및 제2 채널 AFE 블록(231)에 연결한다. 이에 따라, 픽셀(Gr2)의 데이터는 스위치(S5)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에 제공되고, 픽셀(R3)의 데이터는 스위치(S8)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)에 제공된다.
로우 드라이버(250)에 의해 제2 행(Row1)이 선택되면, 홀수 열 선택 신호(sel0_odd)가 하이(high)로 되어 제1 열 라인의 열 선택 스위치(S1)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-0) 및 제1 채널의 AFE 블록(230)에 연결한다. 또한, 짝수 열 선택 신호(sel1_even)가 하이로 되어 제4 열 라인의 열 선택 스위치(S4)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-1) 및 제2 채널 AFE 블록(231)에 연결한다. 이에 따라, 픽셀(B0)의 데이터는 스위치(S1)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에서 제공되고, 픽셀(Gb1)의 데이터는 스위치(S4)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)에 제공된다.
제2 행(Row1)의 선택 동안에 다른 타이밍에서, 홀수 열 선택 신호(sel0_odd)가 하이로 되어 제5 열 라인의 열 선택 스위치(S5)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-2) 및 제1 채널 AFE 블록(230)에 연결한다. 또한, 짝수 열 선택 신호(sel1_even)가 하이로 되어 제8 열 라인의 열 선택 스위치(S8)를 제1 리드아웃 회로블록(260)의 CDS 블록(Col1-3) 및 제2 채널 AFE 블록(231)에 연결한다. 이에 따라, 픽셀(B2)의 데이터는 스위치(S5)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에 제공되고, 픽셀(Gb3)의 데이터는 스위치(S8)의 연결에 의해 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)에 제공된다.
상술한 바와 같이, 서브 샘플링 모드에서, 이미지 센서(500)는 제1 행(Row0)에서 픽셀(Gr0, R1, Gr2, R3)를 샘플링하고 제2 행(Row1)에서 픽셀(B0, Gb1, B2, Gb3)를 샘플링한다. 서브 샘플링에서 샘플링된 모든 픽셀((Gr0, R1, Gr2, R3, B0, Gb1, B2, Gb3)들은 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 또는 제2 채널 AFE 블록(230, 231)에 제공된다. 따라서, 서브 샘플링 모드에서 샘플링된 모든 픽셀 데이터는 제1 리드아웃 회로블록(260)에 의해서만 처리되고, 제2 리드아웃 회로블록(261)에 의해서는 처리되지 않는다. 서브 샘플링 모드에서 스위칭부(270, 271)를 통하여 동작하는 채널수(2개)는 노멀 모드에서 실제 동작하는 채널수(4개)보다 작다. 서브 샘플링 모드에서는 제2 리드아웃 회로블록(261)은 실제로 동작하지 않으므로 서브 샘플링 모드시 제2 리드아웃 회로블록(261)에의 전원 공급을 차단시킬 수 있다. 이와 같이, 서브 샘플링 모드에서 실제로 동작하지 않는 리드아웃 회로블록(261)에 공급되는 전원을 오프시킴으로써, 이미지 센서의 파워 소모를 효과적으로 줄일 수 있게 된다. 예를 들어, 도 2의 실시예와 같이 2개의 리드아웃 회로블록(260, 261) 중 하나의 리드아웃 회로블록(261)에 공급되는 전원을 서브 샘플링 모드에서 차단하면 리드아웃 회로블록에 의해 소모되는 전력을 대략 반 정도의 수준까지도 줄일 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서를 사용하는 제품의 파워 절약에 기여할 수 있게 된다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 이미지 센서(500)의 노멀 모드 동작의 예를 설명한다. 도 3을 참조하면, 로우 드라이버(250)에 의해 제1 행(Row0)이 선택되면, 열 선택 신호(sel0_odd)에 의해 스위치(S1)가 닫혀서 픽셀(Gr0)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에 제공되고, 열 선택 신호(sel1-even)에 의해 스위치(S4)가 닫혀서 픽셀(R1)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)으로 제공된다. 또한, 열 선택 신호(sel2_even)에 의해 스위치(S10)가 닫혀서 픽셀(R0)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제3 채널 AFE 블록(232)에 제공되고, 열 선택 신호(sel3_odd)에 의해 스위치(S11)가 닫혀서 픽셀(Gr1)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제4 채널 AFE 블록(233)에 제공된다.
제1 행(Row0)의 선택 동안에 다른 타이밍에서, 열 선택 신호(sel0_odd)에 의해 스위치(S5)가 닫혀서 픽셀(Gr2)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에 제공되고, 열 선택 신호(sel1_even)에 의해 스위치(S8)가 닫혀서 픽셀(R3)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)에 제공된다. 또한, 열 선택 신호(sel2_even)에 의해 스위치(S14)가 닫혀서 픽셀(R2)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제3 채널 AFE 블록(232)에 제공되고, 열 선택 신호(sel3_odd)에 의해 스위치(S15)가 닫혀서 픽셀(Gr3)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제4 채널 블록(233)에 제공된다.
다음으로, 로우 드라이버(250)에 의해 제2 행(Row1)이 선택되면, 열 선택 신호(sel0_odd)에 의해 스위치(S1)가 닫혀서 픽셀(B0)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에 제공되고, 열 선택 신호(sel1-even)에 의해 스위치(S4)가 닫혀서 픽셀(Gb1)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)으로 제공된다. 또한, 열 선택 신호(sel2_even)에 의해 스위치(S10)가 닫혀서 픽셀(Gb0)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제3 채널 AFE 블록(232)에 제공되고, 열 선택 신호(sel3_odd)에 의해 스위치(S11)가 닫혀서 픽셀(B1)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제4 채널 AFE 블록(233)에 제공된다.
제2 행(Row1)의 선택 동안에 다른 타이밍에서, 열 선택 신호(sel0_odd)에 의해 스위치(S5)가 닫혀서 픽셀(B2)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제1 채널 AFE 블록(230)에 제공되고, 열 선택 신호(sel1_even)에 의해 스위치(S8)가 닫혀서 픽셀(Gb3)의 데이터가 제1 리드아웃 회로블록(260)의 제2 채널 AFE 블록(231)에 제공된다. 또한, 열 선택 신호(sel2_even)에 의해 스위치(S14)가 닫혀서 픽셀(Gb2)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제3 채널 AFE 블록(232)에 제공되고, 열 선택 신호(sel3_odd)에 의해 스위치(S15)가 닫혀서 픽셀(B3)의 데이터가 제2 리드아웃 회로블록(261)의 제4 채널 블록(233)에 제공된다.
상술한 바와 같이, 노멀 샘플링 모드에서, 이미지 센서(500)는 베이어 패턴의 모든 픽셀(Gr0, R0, Gr1, R1, Gr2, R2, Gr3, R3, B0, Gb0, B1, Gb1, B2, Gb2, B3, Gb3)을 샘플링한다. 노멀 모드에서 샘플링된 픽셀 데이터는 제1 리드아웃 회로블록과 제2 리드아웃 회로블록의 여러 채널(230, 231, 232, 233)로 제공되어 처리된다.
상술한 실시예를 통하여 본 발명이 기술되었지만 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 1/2 서브 샘플링의 예를 들고 있지만, 1/4 서브 샘플링 등 다른 배수의 서브 샘플링에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있다. 또한, 도 2의 서브 샘플링 모드와 도 3의 노멀 모드는 단지 예시적인 것에 불과하며 이들과 균등한 다른 시스템, 동작 모드로 대체될 수 있음은 당연하며, 이 경우에도 서브 샘플링된 모든 픽셀의 데이터는 복수의 리드아웃 회로블록들 중 일부 리드아웃 회로블록에 의해서만 처리되고 다른 리드아웃 회로블록에 의해서는 처리되지 않는다. 동작하지 않는 리드아웃 회로블록은 이에 공급되는 전원을 오프시킴으로써 이미지 센서의 픽셀 데이터 독출 과정에서 전력 소모를 효과적으로 줄일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
500: 이미지 센서 210: 픽셀 어레이
230: 제1 채널 AFE 블록 231: 제2 채널 AFE 블록
232: 제3 채널 AFE 블록 233: 제4 채널 AFE 블록
240: 스위칭 제어부 250: 로우 드라이버
260: 제1 리드아웃 회로블록 261: 제2 리드아웃 회로블록
270: 제1 스위칭 블록 271: 제2 스위칭 블록

Claims (11)

  1. 행과 열로 배열된 복수의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이;
    상기 픽셀 어레이의 영상 데이터를 독출하기 위해 단위 픽셀 데이터의 샘플링, 증폭 및 아날로그-디지털 변환을 수행하는 2개 이상의 리드아웃 회로블록들; 및
    상기 픽셀 어레이의 열 라인과 각각의 상기 리드아웃 회로블록 사이의 연결을 설정하기 위한 스위칭부를 포함하고,
    상기 스위칭부는 서브 샘플링 모드에서 샘플링되는 모든 픽셀의 데이터가 상기 2개 이상의 리드아웃 회로블록 중 일부 리드아웃 회로블록에 의해서만 처리되도록 상기 픽셀 어레이의 열 라인과 상기 리드아웃 회로블록 사이의 연결을 설정하되,
    상기 2개 이상의 리드아웃 회로블록들은 상기 픽셀 어레이의 일측에 배치되는 제1 리드아웃 회로블록과 상기 픽셀 어레이의 타측에 배치되는 제2 리드아웃 회로블록을 포함하고,
    상기 스위칭부는 상기 서브 샘플링 모드에서 샘플링되는 모든 픽셀이 상기 제1 리드아웃 회로블록에 의해서만 처리되도록 상기 픽셀 어레이의 열라인과 상기 리드아웃 회로블록들 사이의 연결을 설정하고,
    상기 서브 샘플링 모드에서, 상기 제2 리드아웃 회로블록에는 전원 공급이 차단되는 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 제1 리드아웃 회로블록을 상기 픽셀 어레이에 연결하기 위한 제1 스위칭 블록과, 상기 제2 리드아웃회로블록을 상기 픽셀 어레이에 연결하기 위한 제2 스위칭 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 블록은 홀수 열 선택 신호 또는 짝수 열 선택 신호에 응답하여 대응하는 홀수 열 라인 또는 짝수 열 라인을 상기 제1 리드아웃 회로블록에 연결하는 복수의 열 선택 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 스위칭 블록은 홀수 열 선택 신호 또는 짝수 열 선택 신호에 응답하여 대응하는 홀수 열 라인 또는 짝수 열 라인을 상기 제2 리드아웃 회로블록에 연결하는 복수의 열 선택 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 리드아웃 회로블록은,
    상기 단위 픽셀의 출력 신호를 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)하기 위한 적어도 하나의 CDS 블록; 및
    상기 CDS 블록으로부터 출력된 아날로그 영상 신호를 증폭하고 증폭된 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 적어도 하나의 아날로그 프론트 엔드 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 아날로그 프론트 엔드 블록은 아날로그 영상 신호를 증폭하는 프로그래머블 게인 증폭기와, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 CDS 블록은 서로 인접하는 2개의 열 라인에 공유되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  11. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 리드아웃 회로블록은 복수의 CDS 블록과 복수의 아날로그 프론트 엔드 블록을 포함하되, 각각의 상기 아날로그 프론트 엔드 블록은 2 이상의 CDS 블록에 공유되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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