KR101293385B1 - Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 이를 포함하는 디지털 카메라 - Google Patents

Abstract

CMOS 이미지 센서는 어레이로 배열되는 복수의 픽셀과, 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이와, 사전 결정된 순서대로 각 픽셀로부터의 신호를 상기 샘플 앤드 홀드 어레이 중 하나로 라우팅하는 라우팅 매트릭스를 포함한다.

Description

ＣＭＯＳ 이미지 센서 및 이를 포함하는 디지털 카메라{OUTPUT ROUTING STRUCTURE FOR CMOS IMAGE SENSORS}

본 발명은 전반적으로 복수의 샘플 앤드 홀드(sample and hold) 프로세싱 채널을 갖는 CMOS 이미지 센서 분야에 관한 것으로, 특히 픽셀 어레이로부터의 신호를 각 채널이 단 하나의 색상을 포함하는 각 샘플 앤드 홀드 프로세싱 채널로 라우팅하는 라우팅 매트릭스(a routing matrix)를 갖는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.

CMOS 이미지 센서의 이미지 크기와 속도가 계속 증가함에 따라, 다중-채널 출력 아키텍처가 사용되고 있다. 그러나, 다중-채널 출력에 있어서, 영상 신호는 다시 올바른 순서로 놓여져야 한다. 이 작업은 더욱 더 어려워지고 있으며, 최종 영상 신호 스트링에 노이즈 문제를 야기하고 있다.

종래 기술이 만족스럽긴 하지만, 전술한 문제점을 갖는다. 결과적으로, 신호를 재편성할 필요 없는 다중-채널 출력을 갖는 CMOS 이미지 센서에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 것에 관한 것이다. 간략히 요약해서, 본 발명의 한 측면에 따르면, 본 발명은 어레이로 배열되는 복수의 픽셀과, 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이와, 각 픽셀로부터의 신호를 사전 결정된 순서대로 샘플 앤드 홀드 어레이 중 하나로 라우팅하는 라우팅 매트릭스를 포함하는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 측면, 목적 및 특징과 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 상세한 설명과 첨부된 청구범위로부터 보다 분명하게 이해될 것이다.

본 발명의 유리한 효과

본 발명은 판독에 있어서 신호 재편성의 필요를 없애고 샘플 앤드 홀드 회로 출력의 부하를 감소시킴으로써 동작 속도를 증가시키며 넓은 물리적 표면 면적을 갖는 픽셀 어레이의 유용성을 증가시킨다.

도 1은 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 평면도이다.

도 2는 본 발명의 전형적인 CMOS 능동 픽셀의 개략적인 도면이다.

도 3은 픽셀로부터 샘플 앤드 홀드 어레이로의 라우팅을 도시하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 전형적인 상업적 실시예를 도시하는 본 발명의 이미지 센 서를 포함하는 디지털 카메라의 투시도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 CMOS 이미지 센서 20 픽셀 어레이

30 행 디코더 40 라우팅 매트릭스

50 샘플 앤드 홀드 어레이 60 전형적 픽셀

70 포토다이오드 80 전달 게이트

90 부동 확산부 100 픽셀 증폭기 트랜지스터

110 행 선택 트랜지스터 120 리셋 게이트 트랜지스터

130 디지털 카메라

도 1을 참조하면, 본 발명의 CMOS 이미지 센서(10)의 평면도가 도시되어 있다. 이 센서(10)는 행과 열로 배열되는 2차원 픽셀 어레이(20)를 포함하며, (도시하지 않은) 컬러 필터 어레이(CFA)가 픽셀 위에 펼쳐져서 존재하여 각 픽셀이 특정 색상을 수신한다. 바람직한 실시예에서, CFA는 베이어(Bayer) 컬러 필터인데, 이는 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 행 디코더(30)는 픽셀 어레이(20)에 전기 접속되어, 라우팅 매트릭스(40)에 대한 사전 결정된 픽셀 행을 선택적으로 판독하는 기능을 한다. 바람직하게는, 행은 한번에 한 행씩 라우팅 매트릭스로 라우팅된다. 그 후, 라우팅 매트릭스(40)는 픽셀 어레이(20)로부터의 신호를 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이(50) 중 하나로 라우팅할 것이다. 또한, 픽셀은 샘플 앤드 홀드 어레이(50)로 라우팅되어 단 하나의 색상만이 어떤 하나의 특정 샘플 앤드 홀드 어레이(50)로 라우팅된다는 것을 유의하자. 샘플 앤드 홀드 어레이(50)의 개수는 원하는 속도에 따라 4개 또는 그 이상으로 변할 수 있다. 도 3에 도시된 저속 장치에서는 4개의 샘플 앤드 홀드 어레이(50)가 존재하고 각 어레이는 단 하나의 색상만을 갖는다. 속도를 2배로 하기 위해, 8개의 샘플 앤드 홀드 어레이(50)가 존재하고, 3배로 하기 위해 12개의 어레이(50)가 존재할 것이다. 간략히 하기 위해, 각 장치에서 각 채널은 단 하나의 색상만을 수신할 것이라는 것을 유의해야 하며, 이는 보다 상세히 후술할 것이다. 샘플 앤드 홀드 어레이(50)로부터, 신호는 이미지의 전자적 표현(electronic representation)을 생성하는 다른 프로세싱 회로(도시 생략)로 라우팅된다.

도 2를 참조하면, CMOS 이미지 센서(10)의 전형적인 픽셀의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 픽셀(60)은 전하로 변환되는 입사 광을 수신하는 포토다이오드(70)를 포함한다. 전달 게이트(TG)(80)는 전하를 전압으로 변환할 부동 확산부(90)로 전하를 전달한다. 전압은 증폭기 트랜지스터(100)로 송신되어 신호 진폭을 버퍼링한다. 바람직한 실시예에서, 증폭기(100)의 이득은 통일되거나 하나일 수 있으나, 다른 이득 요소가 원하는 설계에 따라 사용될 수 있다. 행 선택 트랜지스터(110)는 행 디코더 어레이(30)로부터 신호를 수신하여(도 1 참조), 라우팅 매트릭스(40)로 전달하기 위해 특정 픽셀 행을 인에이블링한다. 리셋 게이트 트랜지스터(120)는 다른 이미지 신호를 부동 확산부(90)로 전달하기 이전에 부동 확산 부(90)의 어떤 잔여 전하를 리셋하고 클리어하는 기능을 수행한다.

도 3을 참조하면, 픽셀 어레이들(20)과, 라우팅 매트릭스(40)와, 샘플 앤드 홀드 어레이(50) 사이의 접속부의 개략적인 도면이다. 도 3은 단지 4개의 샘플 앤드 홀드 어레이를 도시하고 있지만, 전술한 바와 같이 속도를 증가시키기 위해 샘플 앤드 홀드 어레이의 개수가 증가될 수 있다. 전체적인 개요로, 4개의 색상의 각각은 사전 결정된 순서로 시간 순차적으로 특정 샘플 앤드 홀드 어레이로 라우팅된다. 예를 들어, 4개의 스위치 세트 중 하나를 인에이블링하여 첫 번째로 색상 1이 판독된다. 각 세트의 스위치의 개수는 N/4로 결정되는데, 여기서 N은 각 행의 픽셀 개수이다. 색상 1의 전달에서, 스위치(S1, S5, S9 및 S13 등)를 포함하는 제 1 스위치 세트가 폐쇄된다(간략성을 위해 스위치 전체는 도시생략). 이 실시예에서, 3개의 스위치를 건너뛰어서 바로 4번째 스위치가 폐쇄된다. 대응하는 제 2 스위치 세트는 제 1 스위치 세트에 접속되고, 색상 1을 전달하는 데 있어서 이 스위치 세트는 또한 실질적으로 동시에 폐쇄되어(S'1, S'5, S'9 및 S'13 등) 색상을 그 특정 샘플 앤드 홀드 회로(50)로 전달한다. 제 2 세트의 스위치의 개수도 N/4인데, 여기서 N은 한 행의 전체 픽셀 개수이다. 샘플 앤드 홀드 회로(50)로의 전달을 완료한 후, 이들 2개의 스위치 세트가 개방된다(S1, S5, S9, S13, S'1, S'5, S'9, S'13 등).

그 후, 그 대응하는 제 1 및 제 2 스위치 세트(S2, S6, S10 및 S14 및 S'2, S'6, S'10, S'14)를 사용하여 전술한 시퀀스를 반복하여 제 2 색상이 샘플 앤드 홀드 어레이(50)로 전달된다. 이 프로세스는 동기화되어 제 2 색상이 전달되기 전에 제 1 색상이 전달된다. 유사하게, (S3, S7, S11, S15 등, S'3, S'7, S'11, S'15를 사용하여) 색상 3 및 (S4, S8, S12, S16 등, S'4, S'8, S'12, S'16 등을 사용하여) 색상 4 또한 이 동기화 방식으로 반복되어 그들의 특정 색상을 전달한다. 베이어 패턴에 있어서, 샘플 앤드 홀드 채널 1(50)의 색상은 녹색 1이고, 샘플 앤드 홀드 채널 2(50)는 녹색 2을 포함하며, 샘플 앤드 홀드 채널 3(50)은 적색을 포함하고, 샘플 앤드 홀드 채널 4(50)는 청색을 포함한다는 것을 유의하자. 4개의 채널에 있어서, 샘플 앤드 홀드 채널(50)로부터의 색상 정보는 실질적으로 동시에 출력되어 각 픽셀에 대한 모든 색상 정보(4개의 색상 채널)가 실질적으로 동일한 시각에 후속 부착되는 오프-칩 신호 프로세싱 회로에 의해 수신된다는 것을 유의하자. 8개의 채널이 존재하는 경우, 2개의 순차적 색상 정보 신호가 오프-칩 프로세싱 회로에 각 클록 사이클에 송신된다는 것을 유의하자. 당업자가 인식할 바와 같이, 채널 개수가 증가함에 따라 전술한 바와 같이 색상 정보 신호의 개수도 대응하게 증가된다.

도 4를 참조하면, 일반적인 소비자가 익숙한 본 발명의 전형적인 상업적 실시예를 도시하는 본 발명의 이미지 센서(10)를 포함하는 디지털 카메라(130)가 도시되어 있다.

Claims (16)

1. CMOS 이미지 센서로서,

   (a) 어레이로 배열되는 복수의 픽셀과,

   (b) 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이(sample and hold arrays)와,

   (c) 상기 어레이로부터 신호를 수신하여 상기 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이로 상기 신호를 라우팅하는 라우팅 매트릭스를 포함하되,

   상기 라우팅 매트릭스는, 상기 어레이의 상기 복수의 픽셀을 그룹으로 전자적으로(electronically) 분할하고 각 그룹의 하나 또는 그 이상의 픽셀로부터의 신호를 사전 결정된 순서대로 시간 순차적으로 각 샘플 앤드 홀드 어레이로 라우팅하며.

   각 샘플 앤드 홀드 어레이에 의해 수신된 신호가 동일한 컬러를 포함하도록 그룹의 각 신호가 다른 샘플 앤드 홀드 어레이로 라우팅되는

   CMOS 이미지 센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 픽셀은 상기 라우팅 매트릭스에 의해 그룹으로 전자적으로 접속되고,

   상기 라우팅 매트릭스는 반복되는 패턴으로 신호를 상기 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이로 송신하는

   CMOS 이미지 센서.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   각 그룹의 상기 신호는 시간적으로 동기화되는 상기 라우팅 매트릭스의 스위치 세트를 통해 각각 라우팅되는

   CMOS 이미지 센서.
7. 삭제
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 반복되는 패턴은, 특정 신호가 동일한 시각에 상기 라우팅 매트릭스로부터 송신되도록, 시간적으로 동기화되는

   CMOS 이미지 센서.
9. CMOS 이미지 센서를 포함하는 디지털 카메라로서,

   상기 CMOS 이미지 센서는

   (a) 어레이로 배열되는 복수의 픽셀과,

   (b) 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이와,

   (c) 상기 어레이로부터 신호를 수신하여 상기 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이로 상기 신호를 라우팅하는 라우팅 매트릭스를 포함하되,

   상기 라우팅 매트릭스는, 상기 어레이의 상기 복수의 픽셀을 그룹으로 전자적으로(electronically) 분할하고 각 그룹의 하나 또는 그 이상의 픽셀로부터의 신호를 사전 결정된 순서대로 시간 순차적으로 각 샘플 앤드 홀드 어레이로 라우팅하며.

   각 샘플 앤드 홀드 어레이에 의해 수신된 신호가 동일한 컬러를 포함하도록 그룹의 각 신호가 다른 샘플 앤드 홀드 어레이로 라우팅되는

   디지털 카메라.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 픽셀은 상기 라우팅 매트릭스에 의해 그룹으로 전자적으로 접속되고,

    상기 라우팅 매트릭스는 반복되는 패턴으로 신호를 상기 복수의 샘플 앤드 홀드 어레이로 송신하는

    디지털 카메라.
13. 삭제
14. 제 9 항에 있어서,

    각 그룹의 상기 신호는 시간적으로 동기화되는 상기 라우팅 매트릭스의 스위치 세트를 통해 각각 라우팅되는

    디지털 카메라.
15. 삭제
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 반복되는 패턴은 특정 신호가 실질적으로 동일한 시각에 상기 라우팅 매트릭스로부터 송신되도록 시간적으로 동기화되는

    디지털 카메라.

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