KR101436076B1 - Image processor and data processing method thereof - Google Patents

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KR101436076B1
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양경훈
양동주
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한국과학기술원
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Abstract

An image processor and a data processing method thereof are disclosed. Junction capacitance of a photo sensing element included in the image sensor can vary depending on a voltage of both ends of photo sensing element. The image processor according to an embodiment of the present invention can compensate for source data output by an image sensor by a capacity correction constant calculated by reflecting a change in the junction capacitance when a gate voltage of a transfer transistor connected to the photo sensing element varies.

Description

이미지 프로세서 및 그것의 데이터 처리 방법{Image processor and data processing method thereof}≪ Desc / Clms Page number 1 > Image processor and its data processing method &

본 발명은 이미지 프로세서 및 그것의 데이터 처리 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 보정하는 이미지 프로세서 및 그것의 데이터 처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processor and a data processing method thereof, and more particularly, to an image processor and a data processing method thereof for correcting a change in a junction capacitance of a photo sensing element according to a gate voltage of a transfer transistor.

일반적으로 이미지 센서는 화상을 전기적 신호로 변환하는 전자기기를 말한다. 이미지 센서에는 대표적으로 CCD(charge coupled device)와 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서가 있다. CMOS 이미지 센서는 CMOS LSI(large scale integration) 제작 공정을 기반으로 가공되는 반면, CCD 이미지 센서는 특별히 개발된 제작 공정에 기반하여 가공된다. 이러한 점으로 인하여, CMOS 이미지 센서는 CCD의 성능은 물론 일반적인 CMOS 이미지 센서의 성능보다 뛰어나도록 다양한 기능의 회로들을 같이 집적시킬 수 있다. 다이내믹 레인지(dynamic range)는 이미지 센서의 성능을 나타내는 요소 중 하나로서, 이미지 센서가 손실 없이 획득할 수 있는 화상의 밝기 범위를 말한다. Generally, an image sensor refers to an electronic device that converts an image into an electrical signal. Image sensors are typically CCD (charge coupled device) and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensors. CMOS image sensors are fabricated based on CMOS LSI (large scale integration) fabrication processes, while CCD image sensors are fabricated based on specially developed fabrication processes. Because of this, CMOS image sensors can integrate various functional circuits together to better perform the performance of CCD as well as the performance of general CMOS image sensor. The dynamic range is one of the factors that indicate the performance of the image sensor and refers to the brightness range of the image that the image sensor can acquire without loss.

한편, 이미지 프로세서는 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 수신하여, 가공하여 이미지 데이터를 출력할 수 있다. 예컨대, 이미지 프로세서는 이미지 센서의 비이상적인 특징을 보상하기 위하여, 이미지 센서로부터 수신한 소스 데이터와 보정 상수를 연산하여 이미지 데이터를 생성 및 출력할 수 있다.On the other hand, the image processor can receive the source data output by the image sensor, process it, and output the image data. For example, an image processor may generate and output image data by computing a correction constant and source data received from an image sensor to compensate for non-ideal characteristics of the image sensor.

본 발명은 이미지 프로세서 및 그것의 데이터 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 전달 트랜지스터의 게이트 전압이 가변됨에 따라 변하는 광 감지소자의 정전 용량을 보상하는 이미지 프로세서 및 그것의 데이터 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to an image processor and a data processing method thereof, and in particular, it is an object of the present invention to provide an image processor and a data processing method thereof that compensate electrostatic capacitance of a photo sensing element which varies as the gate voltage of a transfer transistor varies .

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 프로세서는, 광 감지소자 및 상기 광 감지소자와 연결된 전달 트랜지스터를 포함하는 N개의 픽셀로 구성된 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 처리할 수 있고, 상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 상기 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 반영하여 산출된 복수개의 제1 및 제2 용량 보정 상수를 저장하는 저장부; 및 상기 제1 및 제2 용량 보정 상수를 기초로 상기 소스 데이터를 연산하여 이미지 데이터를 출력하는 연산부;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, an image processor according to an exemplary embodiment of the present invention processes source data output from an image sensor composed of N pixels including a photo sensing element and a transfer transistor connected to the photo sensing element A storage unit for storing a plurality of first and second capacitance correction coefficients calculated by reflecting a change in junction capacitance of the photo sensing device according to a gate voltage of the transfer transistor; And an operation unit for calculating the source data based on the first and second capacity correction constants and outputting image data.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 저장부는 상기 전달 트랜지스터의 문턱 전압의 산포를 반영하여 산출된 N개의 오프셋 보정 상수 및 이상 인자(ideal factor)의 산포를 반영하여 산출된 N개의 게인 보정 상수를 더 저장할 수 있고, 상기 연산부는 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 더 기초로 상기 소스 데이터를 연산하여 상기 이미지 데이터를 출력할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the storage unit stores the N offset correction constants calculated reflecting the dispersion of the threshold voltage of the transfer transistor and the N gain correction constants calculated by reflecting the dispersion of the ideal factor And the arithmetic unit may calculate the source data based on the offset correction constant and the gain correction constant to output the image data.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 이미지 센서가 흡수하는 빛의 세기 및 상기 소스 데이터는 로그 함수의 관계에 있을 수 있고, 상기 연산부는 상기 제2 용량 보정 상수와 상기 게인 보정 상수의 합을 상기 로그 함수에 곱하고, 상기 제1 용량 보정 상수와 상기 오프셋 보정 상수의 곱을 상기 로그 함수에 더하여 상기 이미지 데이터를 생성할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the intensity of light absorbed by the image sensor and the source data may be related to a logarithmic function, and the arithmetic operation unit may calculate a sum of the second capacity correction constant and the gain correction constant Multiply the logarithm function, and add the product of the first capacity correction constant and the offset correction constant to the logarithm function to generate the image data.

한편, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 프로세서의 데이터 처리 방법은, N개의 픽셀을 포함하는 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 처리할 수 있고, 상기 이미지 센서로부터 상기 N개의 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀에 대응하는 소스 데이터를 입력 받는 단계; 저장부에서 상기 소스 데이터에 대응하는 제1 및 제2 용량 보정 상수를 독출하는 단계; 및 상기 소스 데이터, 제1 및 제2 보정 상수를 연산하여 이미지 데이터를 출력하는 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 용량 보정 상수는 상기 픽셀이 포함하는 광 감지소자와 연결된 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 상기 광 감지소자의 접합 용량을 반영할 수 있다.Meanwhile, a data processing method of an image processor according to an exemplary embodiment of the present invention is capable of processing source data output from an image sensor including N pixels, and at least one of the N pixels Receiving source data corresponding to a pixel; Reading a first and second capacity correction constants corresponding to the source data in a storage unit; And outputting image data by calculating the source data, the first and second correction constants, and the first and second capacitance correction constants may be calculated using a transfer transistor connected to the photo sensing element included in the pixel, The junction capacitance of the photo-sensing device depending on the gate voltage of the photo-sensing device can be reflected.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 저장부에서 상기 소스 데이터에 대응하는 오프셋 보정 상수 및 게인 보정 상수를 독출하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 이미지 데이터를 출력하는 단계는 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 더 연산하여 상기 이미지 데이터를 출력할 수 있고, 상기 오프셋 보정 상수는 상기 전달 트랜지스터의 문턱 전압의 산포를 반영할 수 있고, 상기 게인 보정 상수는 이상 인자의 산포를 반영할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the method may further include reading an offset correction constant and a gain correction constant corresponding to the source data in the storage, and the step of outputting the image data may include: The gain correction constant may be further calculated to output the image data, the offset correction constant may reflect the dispersion of the threshold voltage of the transfer transistor, and the gain correction constant may reflect the dispersion of the anomalous factor .

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 이미지 센서가 흡수하는 빛의 세기 및 상기 소스 데이터는 로그 함수의 관계에 있을 수 있고, 상기 이미지 데이터를 출력하는 단계는, 상기 제2 용량 보정 상수와 상기 게인 보정 상수의 합을 상기 로그 함수에 곱하는 단계; 및 상기 제1 용량 보정 상수와 상기 오프셋 보정 상수의 곱을 상기 로그 함수에 더하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the intensity of the light absorbed by the image sensor and the source data may be in a log function relationship, and the step of outputting the image data may include: Multiplying the logarithmic function by the sum of the gain correction constants; And adding the product of the first capacity correction constant and the offset correction constant to the log function.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 최초 동작시 수행되는 보정 상수 결정 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 보정 상수 결정 단계는, 상기 이미지 센서로 균일한 이미지를 촬영하는 단계; 상기 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 기초로 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 결정하는 단계; 및 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 상기 저장부에 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the method may further include a correction constant determination step performed in the initial operation, wherein the correction constant determination step comprises: photographing a uniform image with the image sensor; Determining the offset correction constant and the gain correction constant based on source data output from the image sensor; And storing the offset correction constant and the gain correction constant in the storage unit.

한편 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치는, 이미지 센서 및 이미지 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 이미지 센서는, 광 감지소자 및 상기 광 감지소자와 연결된 전달 트랜지스터를 포함하는 복수개의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이에 전달 트랜지스터의 게이트에 가변 전압을 인가하는 로우 드라이버; 상기 픽셀 어레이가 출력하는 신호를 측정하여 소스 데이터를 생성하는 리드 회로; 및 상기 로우 드라이버 및 상기 리드 회로를 제어하고, 상기 게이트의 전압 정보 및 상기 소스 데이터에 대응하는 픽셀 위치 정보를 포함하는 상태 신호를 출력하는 제어부;를 포함할 수 있고, 상기 이미지 프로세서는, 상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 상기 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 반영하여 산출된 복수개의 용량 보정 상수를 저장하고, 상기 상태 신호에 따라 상기 복수개의 용량 보정 상수 중 적어도 하나를 출력하는 저장부; 및 상기 용량 보정 상수를 기초로 상기 소스 데이터를 연산하여 이미지 데이터를 출력하는 연산부;를 포함할 수 있다.Meanwhile, an image pickup apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include an image sensor and an image processor, and the image sensor includes a plurality of pixels including a photo sensing element and a transfer transistor connected to the photo sensing element Gt; A row driver for applying a variable voltage to the gate of the transfer transistor in the pixel array; A read circuit that measures a signal output from the pixel array to generate source data; And a controller for controlling the row driver and the read circuit and outputting a status signal including voltage information of the gate and pixel position information corresponding to the source data, A storage unit for storing a plurality of capacitance correction constants calculated by reflecting a change in junction capacitance of the photo sensing element according to a gate voltage of the transistor and outputting at least one of the plurality of capacitance correction constants in accordance with the status signal; And an operation unit for calculating the source data based on the capacity correction constant and outputting image data.

상기와 같은 이미지 센서 및 그것의 데이터 처리 방법에 따르면, 촬상 장치는 전달 트랜지스터의 게이트 전압을 촬영 환경에 따라 가변할 수 있고, 이미지에 발생하는 노이즈를 줄일 수 있다.According to such an image sensor and its data processing method, the image pickup device can vary the gate voltage of the transfer transistor according to the photographing environment, and can reduce the noise generated in the image.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 1의 픽셀 어레이가 포함하는 픽셀 회로의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 2의 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 빛의 세기와 픽셀 회로의 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 2의 픽셀 회로의 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 도 1의 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 도 1의 연산부의 구현예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다.
1 is a block diagram showing the structure of an image pickup apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 is an illustration of an implementation of a pixel circuit included in the pixel array of Figure 1 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the relationship between the intensity of light according to the gate voltage of the transfer transistor of FIG. 2 and the output voltage of the pixel circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram illustrating the characteristics of the pixel circuit of Figure 2, in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an embodiment of the storage unit of FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows an embodiment of the operation unit of FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a system including an imaging device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings without intending to intend to provide a thorough understanding of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치의 구조를 나타내는 블록도이다. 촬상 장치(100)는 크게 이미지 센서(1000) 및 이미지 프로세서(2000)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1000)는 화상에 노출되고, 화상에 따른 전기적 신호를 발생시키고, 전기적 신호에 따른 소스 데이터를 출력할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)가 출력하는 소스 데이터를 수신할 수 있고, 소스 데이터를 연산하여 이미지 데이터를 생성 및 출력할 수 있다.1 is a block diagram showing the structure of an image pickup apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. The image pickup apparatus 100 may largely include an image sensor 1000 and an image processor 2000. The image sensor 1000 can be exposed to an image, generate an electrical signal according to an image, and output source data according to an electrical signal. The image processor 2000 can receive the source data output by the image sensor 1000, and can calculate and output image data to and from the source data.

도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1000)는 픽셀 어레이(1100), 로우 드라이버(1200), 리드 회로(1300) 및 제어부(1400)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(1100)는 N개의 픽셀을 포함할 수 있고, 각각의 픽셀은 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 픽셀 회로는 자신에 입사하는 빛의 세기에 따른 전기적 신호를 생성할 수 있다. 픽셀 회로는 광 감지소자 및 주변 회로를 포함할 수 있으며, 광 감지소자는 포토다이오드(photodiode), 포토 게이트(photogate), 포토트랜지스터(phototransistor) 등을 포함할 수 있다. 이하에서 광 감지소자는 포토다이오드(photodiode)인 것으로 가정하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 픽셀 회로에 대한 자세한 내용은 후술한다.1, the image sensor 1000 may include a pixel array 1100, a row driver 1200, a lead circuit 1300, and a controller 1400. [ Pixel array 1100 may include N pixels, and each pixel may comprise a pixel circuit. The pixel circuit can generate an electrical signal according to the intensity of the light incident on the pixel circuit. The pixel circuit may include a photo sensing device and a peripheral circuit, and the photo sensing device may include a photodiode, a photogate, a phototransistor, and the like. Hereinafter, it is assumed that the photo-sensing device is a photodiode, but the present invention is not limited thereto. Details of the pixel circuit will be described later.

로우 드라이버(1200)는 픽셀 어레이(1100)에 복수의 신호를 인가하여, 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀 회로들을 제어할 수 있다. 예컨대, 로우 드라이버(1200)는 전달 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하여, 픽셀 회로가 포함하는 광 감지소자가 흡수하는 빛에 따른 전하를 축적 또는 축적된 전하에 따른 전기적 신호를 외부로 출력할 수 있도록 제어할 수 있다.The row driver 1200 may apply a plurality of signals to the pixel array 1100 to control the pixel circuits included in the pixel array 1100. For example, the row driver 1200 controls the gate voltage of the transfer transistor so that the charge corresponding to the light absorbed by the photo sensing element included in the pixel circuit is controlled to be output to the outside in accordance with the accumulated or accumulated charge can do.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 로우 드라이버(1200)는 가변 전압 출력부(1210)를 포함할 수 있다. 가변 전압 출력부(1210)는 M개의 서로 다른 전압을 출력할 수 있고, 로우 드라이버(1200)는 가변 전압 출력부(1210)가 출력하는 전압을 픽셀 어레이(1100)의 픽셀 회로가 포함하는 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 인가할 수 있다. 전달 트랜지스터의 게이트 전압이 가변되는 경우, 다이내믹 레인지 내에서 빛의 밝기에 따른 이미지 센서의 감도가 변경될 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.In accordance with an exemplary embodiment of the present invention, the row driver 1200 may include a variable voltage output 1210. The variable driver 1210 can output M different voltages and the row driver 1200 supplies the voltage output from the variable voltage output unit 1210 to the transfer transistor 1210 included in the pixel circuit of the pixel array 1100, Can be applied to the gate voltage of FIG. When the gate voltage of the transfer transistor is varied, the sensitivity of the image sensor according to the brightness of the light in the dynamic range can be changed. Details of this will be described later.

리드 회로(1300)는 픽셀 어레이(1100)에서 출력되는 신호를 수신하여 측정하고, 측정된 결과에 따른 소스 데이터를 출력할 수 있다. 예컨대, 리드 회로는 복수개의 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter; ADC)를 포함할 수 있고, ADC는 픽셀 어레이(1100)가 출력하는 아날로그 신호인 전압을 입력 받아 그 크기에 따른 값을 디지털 데이터로 출력할 수 있다.The read circuit 1300 can receive and measure the signal output from the pixel array 1100, and output the source data according to the measured result. For example, the read circuit may include a plurality of analog-to-digital converters (ADCs), and the ADC receives a voltage, which is an analog signal output from the pixel array 1100, It can be output as digital data.

한편, 리드 회로(1300)가 동시에 측정할 수 있는 ADC의 개수는 제한적이므로, 리드 회로(1300)는 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 모든 픽셀 회로가 출력하는 전기적 신호를 동시에 측정하기 보다, 일정 개수의 픽셀 회로에 대한 전기적 신호를 순차적으로 측정할 수 있다. 예컨대, 리드 회로는 픽셀 어레이(1100)의 1개 로우(row)에 포함되는 픽셀 회로가 출력하는 전기적 신호를 동시에 측정할 수 있고, 상기 전기적 신호를 측정한 소스 데이터를 출력할 수 있다. On the other hand, since the number of ADCs that the read circuit 1300 can measure at the same time is limited, rather than simultaneously measuring the electrical signals output by all of the pixel circuits included in the pixel array 1100, It is possible to sequentially measure the electrical signals for the pixel circuits of the pixels. For example, the read circuit can simultaneously measure an electrical signal output from a pixel circuit included in one row of the pixel array 1100, and output the source data obtained by measuring the electrical signal.

제어부(1400)는 로우 드라이버(1200) 및 리드 회로(1300)를 제어하여, 픽셀 어레이(1100)가 화상에 노출되어 전기적 신호를 발생시키고, 발생된 전기적 신호를 측정할 수 있도록 할 수 있다. 예컨대, 제어부(1400)는 로우 드라이버(1200)를 제어하여, 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 모든 픽셀 회로가 흡수한 빛에 따른 전기적 신호를 출력하도록 할 수 있다. 또한, 제어부(1400)는 픽셀 어레이(1100)로부터 출력되는 상기 전기적 신호를 리드 회로(1300)가 수신하여 측정하도록 제어할 수 있다.The controller 1400 controls the row driver 1200 and the read circuit 1300 so that the pixel array 1100 is exposed to an image to generate an electrical signal and to measure the generated electrical signal. For example, the control unit 1400 may control the row driver 1200 to output an electrical signal corresponding to the light absorbed by all the pixel circuits included in the pixel array 1100. Also, the control unit 1400 can control the read circuit 1300 to receive and measure the electrical signal output from the pixel array 1100.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제어부(1400)는 상태 신호를 출력할 수 있다. 상태 신호는 현재 리드 회로가 출력하는 소스 데이터에 대한 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 상태 신호는 로우 드라이버(1200)의 가변 전압 출력부(1210)가 출력하는 전달 트랜지스터의 게이트 전압값에 대한 정보를 포함할 수 있고, 현재 리드 회로(1300)가 출력하는 소스 데이터에 대응하는 픽셀 회로의 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 상태 신호는 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 대한 정보로서, 1이상 M이하인 수를 포함할 수 있고, 픽셀 회로의 위치에 대한 정보로서 리드 회로가 출력하는 소스 데이터에 대응하는 픽셀 회로가 포함된 로우의 번호를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, controller 1400 may output a status signal. The status signal may include information on the source data output by the current read circuit. For example, the status signal may include information on the gate voltage value of the transfer transistor output from the variable voltage output section 1210 of the row driver 1200, and may correspond to the source data output from the current read circuit 1300 And may include information on the position of the pixel circuit. That is, the status signal may include a number of not less than 1 and not more than M as information on the gate voltage of the transfer transistor, and may include a row including a pixel circuit corresponding to the source data output by the read circuit as information on the position of the pixel circuit May be included.

도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 프로세서(2000)는 저장부(2100) 및 연산부(2200)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 저장부(2100)는 용량 보정 상수(2110)를 저장할 수 있고, 이미지 센서(1000)의 제어부(1400)로부터 상태 신호를 수신하고, 상태 신호에 따른 용량 보정 상수(2110)를 출력할 수 있다. 용량 보정 상수(2110)는 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀 회로의 전달 트랜지스터 게이트 전압이 변함에 따라, 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 반영할 수 있다. 예컨대, 저장부(2100)는 M개의 용량 보정 상수들(2110)을 저장할 수 있고, 제어부(1400)로부터 수신한 상태 신호에 포함된 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 대한 정보에 기초하여, 상기 게이트 전압에 대응하는 용량 보정 상수를 출력할 수 있다.As shown in FIG. 1, the image processor 2000 may include a storage unit 2100 and a computing unit 2200. According to an exemplary embodiment of the present invention, the storage unit 2100 may store a capacity correction constant 2110, receive a status signal from the control unit 1400 of the image sensor 1000, The constant 2110 can be output. The capacity correction constant 2110 may reflect a change in the junction capacitance of the photo-sensing device as the transfer transistor gate voltage of the pixel circuit included in the pixel array 1100 is changed. For example, the storage unit 2100 may store M capacitance correction constants 2110, and based on the information on the gate voltage of the transfer transistor included in the status signal received from the control unit 1400, It is possible to output a corresponding capacity correction constant.

연산부(2200)는 이미지 센서(1000)의 리드 회로(1300)가 출력하는 소스 데이터 및 저장부(2100)가 출력하는 용량 보정 상수를 연산하여, 이미지 데이터를 출력할 수 있다. 이미지 데이터는 촬상 장치(100)가 촬영한 화상에 따라 최종적으로 생성하는 데이터로서, 예컨대 디지털 이미지 파일은 이미지 데이터를 기초로 생성될 수 있다. 연산부(2200)는 소스 데이터와 용량 보정 상수를 연산함으로써, 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 반영하여 이미지 데이터를 생성할 수 있고, 생성된 이미지 데이터에서 상기 접합 용량의 변화에 따른 오차는 감소될 수 있다.The arithmetic operation unit 2200 can calculate the source data output from the read circuit 1300 of the image sensor 1000 and the capacitance correction constant output from the storage unit 2100 and output the image data. The image data is data that is finally generated according to an image captured by the image capturing apparatus 100. For example, a digital image file can be generated based on image data. The arithmetic operation unit 2200 can generate the image data by reflecting the change in the junction capacitance of the photo-sensing element according to the gate voltage of the transfer transistor by calculating the source data and the capacitance correction constant, The error due to the change can be reduced.

도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 1의 픽셀 어레이가 포함하는 픽셀 회로의 구현예를 나타내는 도면이다. 이미지 센서의 픽셀 어레이(1110)는 광 감지소자가 변환한 전기적 신호를 증폭하는 구성요소를 포함할 수 있는데, 이러한 픽셀 회로(1110)를 APS(active pixel sensor)라고 한다. 픽셀 회로(1110)는 도 1의 로우 드라이버(1200)로부터 복수개의 신호(RST, TG 및 SEL)를 수신할 수 있고, 흡수한 빛에 따른 전기적 신호(VOUT)을 출력할 수 있다.Figure 2 is an illustration of an implementation of a pixel circuit included in the pixel array of Figure 1 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. The pixel array 1110 of the image sensor may include a component that amplifies the electrical signal converted by the photo-sensing device, and this pixel circuit 1110 is referred to as an active pixel sensor (APS). The pixel circuit 1110 can receive a plurality of signals RST, TG, and SEL from the row driver 1200 of FIG. 1 and output an electrical signal VOUT according to the absorbed light.

도 2에 도시된 바와 같이, 픽셀 회로(1110)는 포토다이오드(PD), 전달 트랜지스터(M_TG), 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 픽셀 회로(1110)는 광 감지소자로서 포토다이오드(PD)를 포함한다. 포토다이오드(PD)는 역방향 바이어스상태에서 입력 빛의 세기에 따라 광전류(photocurrent)(Iph)가 선형적으로 증가하는 특징을 갖는 광 감지소자의 일종으로서, 포토다이오드(PD)가 빛에 노출되고 전기적으로 외부와 차단되는(floating) 경우 전하(예를 들면, 전자)가 축적될 수 있다. 전하가 축적됨에 따라 포토다이오드(PD)의 캐쏘드(cathode) 전압이 감소할 수 있고, 감소된 전압을 측정함으로써 포토다이오드(PD)가 흡수한 빛의 세기를 감지할 수 있다.As shown in FIG. 2, the pixel circuit 1110 may include a photodiode PD, a transfer transistor M_TG, a source-follower transistor M_SF, and a select transistor M_SEL. In this embodiment, the pixel circuit 1110 includes a photodiode PD as a photo sensing element. The photodiode PD is a kind of photo-sensing device having a characteristic that the photocurrent I ph linearly increases in accordance with the intensity of the input light in the reverse bias state. The photodiode PD is exposed to light Charges (e. G., Electrons) can accumulate when electrically floating from the outside. As the charge accumulates, the cathode voltage of the photodiode PD can be reduced and the intensity of the light absorbed by the photodiode PD can be sensed by measuring the reduced voltage.

전달 트랜지스터(M_TG)는 게이트 전압에 따라 포토다이오(PD)를 플로팅 디퓨전(floating diffusion; FD)과 연결시키거나 차단시킬 수 있다. 포토다이오드(PD)가 빛에 응답하여 전하를 축적하는 동안 전달 트랜지스터의 게이트에는 전달 트랜지스터를 턴-오프(turn-off)시킬 수 있는 전압이 인가되어 포토다이오드(PD)와 플로팅 디퓨전(FD)을 전기적으로 차단시킬 수 있다. 포토다이오드(PD)가 빛의 흡수를 종료하면, 포토다이오드(PD)에 축적된 전하에 의한 전압변화를 출력하기 위하여 전달 트랜지스터는 턴-온(turn-on)될 수 있고, 이에 따라 포토다이오드(PD)의 캐쏘드에서 변화된 전압은 플로팅 디퓨전(FD)으로 전달될 수 있다.The transfer transistor M_TG may couple or block the photodiode PD with floating diffusion (FD) depending on the gate voltage. While the photodiode PD accumulates charge in response to light, a voltage is applied to the gate of the transfer transistor to turn off the transfer transistor so that the photodiode PD and the floating diffusion FD It can be electrically disconnected. When the photodiode PD finishes absorbing the light, the transfer transistor may be turned on to output a voltage change due to the charge accumulated in the photodiode PD, and thus the photodiode PD PD can be transferred to a floating diffusion (FD).

플로팅 디퓨전(FD)에 포토다이오드(PD)의 전압이 전달되기 전에, 플로팅 디퓨전(FD)은 턴-온된 리셋 트랜지스터(M_RS)로 인해서 리셋된다. 플로팅 디퓨전(FD)의 리셋 전압은 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)를 거쳐 증폭되고, 선택 트랜지스터(M_SEL)가 턴-온되면 외부로 출력된다. 도 1의 리드 회로(1300)는 외부로 출력된 플로팅 디퓨전(FD)의 리셋 전압에 대응되는 아날로그 전압을 수신한다.Before the voltage of the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD, the floating diffusion FD is reset by the turn-on reset transistor M_RS. The reset voltage of the floating diffusion FD is amplified through the source-follower transistor M_SF and output to the outside when the selection transistor M_SEL is turned on. The read circuit 1300 of Fig. 1 receives an analog voltage corresponding to the reset voltage of the floating diffusion FD output to the outside.

플로팅 디퓨전(FD)의 리셋 전압에 대한 출력이 완료되면, 리셋 트랜지스터(M_RS)는 턴-오프되고, 전달 트랜지스터(M_TG)가 턴-온되면서 포토다이오드(PD)가 축적한 전하에 따른 전압이 플로팅 디퓨전(FD)로 전달된다. 플로팅 디퓨전(FD)의 리셋 전압과 마찬가지로, 플로팅 디퓨전(FD)의 변화된 전압은 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)을 거쳐서 외부로 출력된다. 리드 회로는 외부로 출력된 플로팅 디퓨전(FD)의 전압 변화에 대응되는 아날로그 전압을 수신한다.When the output to the reset voltage of the floating diffusion FD is completed, the reset transistor M_RS is turned off and the transfer transistor M_TG is turned on so that the voltage corresponding to the charge accumulated by the photodiode PD Diffusion (FD). Like the reset voltage of the floating diffusion FD, the changed voltage of the floating diffusion FD is output to the outside through the source-follower transistor M_SF and the selection transistor M_SEL. The read circuit receives the analog voltage corresponding to the voltage change of the floating diffusion FD output to the outside.

리드 회로는 플로팅 디퓨전(FD)의 리셋 전압과 포토다이오드(PD)로 인한 전압을 수신하여 양 전압의 차이를 통해서 포토다이오드(PD)가 감지한 빛의 양을 계산한다. 이와 같은 동작을 CDS(correlated double sampling)이라고 하며, 상기에서 리셋 전압과 포토다이오드(PD)로 인한 전압을 수신하는 순서는 변경될 수 있다. 또한, 도 2에서 픽셀 회로는 NMOS 트랜지스터를 포함하는 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것으로서, 픽셀 회로는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.The read circuit receives the reset voltage of the floating diffusion FD and the voltage due to the photodiode PD and calculates the amount of light sensed by the photodiode PD through the difference of the positive voltage. Such an operation is called CDS (correlated double sampling), and the order of receiving the reset voltage and the voltage due to the photodiode PD may be changed. Also, in Fig. 2, the pixel circuit is shown as including an NMOS transistor, but this is illustrative, and the pixel circuit may comprise a PMOS transistor.

한편, 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트 전압을 조절 함으로써, 광 감지소자가 흡수한 빛의 세기에 대한 전압의 변화 특성은 변경될 수 있다. 예컨대, 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트에 전달 트랜지스터(M_TG)를 턴-온 시키는 전압 및 턴-오프 시키는 전압의 사이에 있는 중간 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 흡수한 빛의 세기에 대하여 포토다이오드(PD)가 축적하는 전하의 량은 선형적으로 증가하다가, 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트에 인가된 전압에 따른 문턱 전압 부근까지 축적된 전하에 따른 전압이 도달하는 경우, 축적되는 전하의 양은 흡수되는 빛의 세기에 대하여 로그함수의 관계가 될 수 있다. 즉, 전달 트랜지스터(M_TG)의 서브-문턱(sub-threshold) 특성을 이용하여, 빛의 세기 및 축적된 전하의 량은 선형 관계 및 로그 함수의 관계를 가질 수 있다. 이를 통하여, 어두운 화상에 대해서는 선형 관계를 이용하여 이미지 센서의 감도를 증가시키고, 밝은 화상에 대해서는 로그 함수 관계를 이용하여 이미지 센서의 다이내믹 레인지를 확장할 수 있다.On the other hand, by adjusting the gate voltage of the transfer transistor M_TG, the change characteristic of the voltage with respect to the intensity of light absorbed by the photo sensing element can be changed. For example, a middle voltage between the voltage for turning on the transfer transistor M_TG and the voltage for turning off the transfer transistor M_TG may be applied to the gate of the transfer transistor M_TG. In this case, the amount of charges accumulated by the photodiode PD increases linearly with respect to the intensity of the absorbed light, and the amount of charge accumulated by the photodiode PD increases according to the voltage accumulated in the vicinity of the threshold voltage according to the voltage applied to the gate of the transfer transistor M_TG When a voltage is reached, the amount of charge accumulated can be a logarithmic function of the intensity of the light absorbed. That is, using the sub-threshold characteristic of the transfer transistor M_TG, the intensity of light and the amount of accumulated charge may have a linear relationship and a logarithmic function relationship. Through this, it is possible to increase the sensitivity of the image sensor by using a linear relationship with respect to the dark image, and to extend the dynamic range of the image sensor by using the log function relationship with respect to the bright image.

아래 수학식 1 및 2는 빛의 세기에 따른 픽셀 회로의 출력 전압에 대한 선형 관계 및 로그 함수 관계를 각각 나타낸다. 아래 수학식 1 및 2에서, tint는 포토다이오드가 빛에 노출되어 전하를 축적한 시간, Vth는 전달 트랜지스터(M_TG)의 문턱 전압, n은 전달 트랜지스터(M_TG)의 이상 인자(ideal factor), T는 온도를 나타낸다.Equations (1) and (2) below represent the linear relationship and the logarithmic function relationship with respect to the output voltage of the pixel circuit according to the intensity of light. In the expressions (1) and (2) below, t int time a photodiode is exposed to light storing an electric charge, V th is the threshold voltage of the transfer transistor (M_TG), n is at least of the transfer transistor (M_TG) factor (ideal factor) , And T represents the temperature.

Figure 112013027749209-pat00001
Figure 112013027749209-pat00001

Figure 112013027749209-pat00002
Figure 112013027749209-pat00002

수학식 1 및 2에 나타난 바와 같이, 픽셀 회로(1110)의 출력 전압(Vout)은 빛의 세기가 약할 때는 빛의 세기에 선형적인 응답 특성을 나타낼 수 있고, 빛의 세기가 강할 때는 로그 함수 응답 특성을 나타낼 수 있다.As shown in Equations (1) and (2), the output voltage Vout of the pixel circuit 1110 can exhibit a linear response characteristic to the intensity of light when the intensity of light is weak, Characteristics.

도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 2의 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 빛의 세기와 픽셀 회로의 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2의 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트에 4개의 서로 다른 전압(VTG _ mid)을 인가한 경우에 대한 결과가 도시되고, 그래프의 가로축은 빛의 세기를 로그 단위로 나타내고, 그래프의 세로축은 도 2의 픽셀 회로(1110)가 출력하는 아날로그 전압의 크기를 ADC가 측정한 디지털 값을 나타낸다.3 is a graph showing the relationship between the intensity of light according to the gate voltage of the transfer transistor of FIG. 2 and the output voltage of the pixel circuit according to an exemplary embodiment of the present invention. The results for the case where four different voltages (V TG _ mid ) are applied to the gate of the transfer transistor M_TG of FIG. 2 are shown, the abscissa of the graph represents the intensity of light in log units, The digital value of the ADC measured by the magnitude of the analog voltage output by the pixel circuit 1110 of FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 회로는 흡수하는 빛의 세기가 증가할수록 선형적으로 증가하는 전압을 출력하다가, 특정 빛의 세기 이상이 되는 경우, 로그 함수의 관계를 형성하면서 증가할 수 있다. 이 때, 빛의 세기와 출력 전압의 관계가 선형 관계에서 로그 함수 관계로 변화되는 지점을 변곡점 또는 무릎 지점(knee point)라고 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트에 인가되는 전압(VTG_mid)가 변화함에 따라 변곡점의 위치는 변화할 수 있다. 즉, 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트 전압(VTG _ mid)이 상승할수록, 흡수하는 빛의 세기에 따라 선형적으로 전하를 축적할 수 있는 최대 빛의 세기가 감소하므로, 변곡점의 위치는 왼쪽 아래 방향으로 이동할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여, 도 1의 촬상 장치(100)는 촬영하는 화상의 밝기에 따라 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트 전압을 조절하여 화상을 촬영할 수 있다. 예컨대, 촬상 장치(100)가 밝기가 어두운 화상을 촬영하는 경우, 도 1의 제어부(1400)는 로우 드라이버(1200)를 제어하여, 가변 전압 출력부(1210)가 출력하는 전달 트랜지스터(M_TG)의 게이트 전압을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 빛의 세기에 대한 출력 전압이 선형적으로 증가하는 구간을 확장할 수 있다.As shown in FIG. 3, the pixel circuit outputs a linearly increasing voltage as the intensity of the absorbing light increases, and may increase while forming a relationship of logarithmic functions when the intensity of the absorbing light is greater than a specific light intensity. In this case, the point at which the relationship between the intensity of light and the output voltage changes from a linear relationship to a logarithmic function relationship is called an inflection point or knee point. As shown in FIG. 3, the position of the inflection point may change as the voltage (V TG_mid ) applied to the gate of the transfer transistor M_TG of FIG. 2 changes. That is, as the gate voltage (V TG _ mid ) of the transfer transistor M_TG rises, the intensity of the maximum light that can accumulate the charge linearly with the intensity of the absorbed light decreases, Lt; / RTI > Using this characteristic, the image pickup apparatus 100 of FIG. 1 can shoot an image by adjusting the gate voltage of the transfer transistor M_TG according to the brightness of the image to be photographed. For example, when the image sensing apparatus 100 captures an image with a dark brightness, the control section 1400 of FIG. 1 controls the row driver 1200 to control the row driver 1200 so that the voltage of the transfer transistor M_TG output from the variable voltage output section 1210 The gate voltage can be reduced, and thus the section in which the output voltage linearly increases with respect to the light intensity can be extended.

한편, 도 1의 픽셀 어레이(1100)에 포함된 복수개의 픽셀 회로에 있어서, 각각의 픽셀 회로가 포함하는 전달 트랜지스터의 문턱 전압은 일정하지 않을 수 있다. 즉, 전달 트랜지스터의 문턱 전압 값은 산포를 포함할 수 있다. 또한, 수학식 1 및 2에 나타낸 이상 인자도 산포를 포함할 수 있다. 상기 산포들은 이미지 데이터에 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise)을 유발시킬 수 있다. 아래 수학식 3은 이러한 산포들의 영향을 모델링 한 것으로서, 행렬 A는 각 픽셀 회로가 포함하는 전달 트랜지스터(M_TG)의 문턱 전압 산포에 대한 정보를 포함하는 오프셋 행렬(offset matrix), 행렬 B는 각 픽셀 회로의 이상 인자의 산포에 대한 정보를 포함하는 게인 행렬(gain matrix), D는 각 픽셀 회로의 로그 응답, I는 포토다이오드(PD)가 빛을 흡수하여 축적하는 전하의 이동에 따라 발생하는 광전류를 나타낸다.On the other hand, in the plurality of pixel circuits included in the pixel array 1100 of FIG. 1, the threshold voltages of the transfer transistors included in each pixel circuit may not be constant. That is, the threshold voltage value of the transfer transistor may include scattering. Further, the abnormal factors shown in the equations (1) and (2) may also include scattering. The scattering may cause fixed pattern noise in the image data. The matrix A is an offset matrix containing information on the threshold voltage dispersion of the transfer transistor M_TG included in each pixel circuit, and the matrix B is an offset matrix including information on each pixel D is the logarithmic response of each pixel circuit, I is the photocurrent generated by the photodiode (PD) due to the movement of the charge absorbed by the photodiode (PD) .

Figure 112013027749209-pat00003
Figure 112013027749209-pat00003

행렬 A 및 B는 도 1의 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀 회로의 수와 동일한 개수의 보정 상수들을 원소로서 각각 포함할 수 있다. 행렬 A 및 B는 균일한(uniform) 이미지를 촬영하여 리드 회로가 출력하는 소스 데이터를 기초로 하여 결정될 수 있고, 도 1의 저장부(2100)에 저장될 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 행렬 A 및 B를 통해서 모든 픽셀 회로의 응답 특성을 예측할 수 있고, 이를 이용하여 고정 패턴 잡음을 보정할 수 있다.The matrices A and B may each include as elements an equal number of correction constants as the number of pixel circuits included in the pixel array 1100 of FIG. The matrices A and B can be determined based on the source data output by the read circuit by shooting a uniform image, and can be stored in the storage unit 2100 of FIG. The image processor 2000 can predict the response characteristics of all the pixel circuits through the matrixes A and B, and can use it to correct the fixed pattern noise.

도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 2의 픽셀 회로의 특성을 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 전달 트랜지스터의 게이트 전압을 변경함으로써 촬상 장치는 보다 적응적으로 화상을 촬영할 수 있다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 실제 포토다이오드의 접합 용량은 포토다이오드 양단의 전압에 관계없이 일정하게 유지되지 않고, 아래 수학식 4와 같이 변화하는 특성을 가질 수 있다. 수학식 4에서, QT는 총 전하량, εSi는 Si의 유전율, NA 및 ND는 각각 어셉터(acceptor) 및 도너(donor)의 도핑 농도, Vbi는 빌트-인(built-in) 전압을 나타낸다.Figure 4 is a diagram illustrating the characteristics of the pixel circuit of Figure 2, in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. As described above, by changing the gate voltage of the transfer transistor, the image pickup apparatus can photograph images more adaptively. However, as shown in FIG. 4, the junction capacitance of the actual photodiode can be kept constant, regardless of the voltage across the photodiode, and can vary as shown in Equation (4) below. In Equation 4, Q T is the total amount of charge, ε Si is the dielectric constant of Si, N A and N D is a dopant concentration, V bi of the respective acceptor (acceptor) and donor (donor) are built-in (built-in) Voltage.

Figure 112013027749209-pat00004
Figure 112013027749209-pat00004

수학식 4에 따라, 도 4는 실제적인 포토다이오드를 모델링한 것을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실제 포토다이오드의 접합 용량은 포토다이오드의 양단의 전압에 따라 일정하지 않고 수학식 4의 관계를 가지고 변화하는 값을 나타내기 때문에, 전달 트랜지스터의 게이트 전압이 변화함에 따라 앞서 언급한 산포 특성이 변화할 수 있다. According to Equation (4), FIG. 4 shows a model of a practical photodiode. As shown in FIG. 4, since the junction capacitance of the actual photodiodes does not vary according to the voltage across the photodiode but varies with the relationship of Equation (4), as the gate voltage of the transfer transistor changes The aforementioned scattering characteristics may change.

아래 수학식 5는 수학식 4를 수학식 2에 적용한 것으로서, 포토다이오드의 접합 용량의 값이 VPD에 의존하여 로그 함수 응답에 따른 출력 전압이 변화하는 것을 나타낸다.Equation (5) applies Equation (4) to Equation (2), which indicates that the value of the junction capacitance of the photodiode depends on V PD and the output voltage according to the logarithmic function response changes.

Figure 112013027749209-pat00005
Figure 112013027749209-pat00005

전달 트랜지스터의 게이트 전압은 로그 함수 응답의 VPD 레벨을 결정하기 때문에, 전달 트랜지스터의 게이트 전압의 산포는 VPD의 산포와 동일하다고 볼 수 있다. 또한, 수학식 2 및 5를 같이 살펴보면, 포토다이오드의 접합 용량의 변화는 로그 함수 응답의 고정 패턴 잡음의 원인이 되는 문턱전압(Vth)와 이상 인자(n)의 값에도 동시에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 위와 같은 관계를 이용하여, 아래 수학식 6은 전달 트랜지스터의 게이트 전압의 영향을 포함시켜, 단순하게 표현한 것이다. 특히, 수학식 6에서 α 및 β는 각각 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 의해 결정되는 보정 상수로서, 용량 보정 상수라고 한다.Since the gate voltage of the transfer transistor determines the V PD level of the logarithmic function response, the scattering of the gate voltage of the transfer transistor can be regarded as the same as the dispersion of V PD . Also, looking at Equations 2 and 5, the change in the junction capacitance of the photodiode affects both the threshold voltage V th and the value of the anomaly factor n, which cause fixed pattern noise of the logarithmic function response Able to know. Using the above relationship, Equation (6) below is simply expressed by including the influence of the gate voltage of the transfer transistor. In particular, in Equation (6),? And? Are correction constants determined by the gate voltages of the transfer transistors, respectively, and are referred to as capacitance correction constants.

Figure 112013027749209-pat00006
Figure 112013027749209-pat00006

도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 도 1의 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다. 저장부(2100)는 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 보상하여, 비이상적 요소의 영향을 감소시키기 위한 복수의 보정 상수를 저장할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 저장부는 수학식 3의 행렬 A 및 B를 저장할 수 있고, 전달 트랜지스터의 게이트 전압의 영향을 반영한 α 및 β를 저장할 수 있다.5 is a diagram illustrating an embodiment of the storage unit of FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention. The storage unit 2100 may store a plurality of correction constants to compensate for source data output by the image sensor, thereby reducing the influence of non-ideal elements. For example, as shown in FIG. 5, the storage unit may store the matrices A and B of Equation (3) and may store? And? Reflecting the influence of the gate voltage of the transfer transistor.

도 1의 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀 회로가 행 및 열의 개수가 각각 x 및 y인 형태로 배치된 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 저장부(2100)는 x by y 행렬 A 및 B를 저장할 수 있다. 즉, 픽셀 어레이(1100)이 총 N(x*y)개의 픽셀로 구성된 경우, 저장부(2100)는 각각 N개의 보정상수를 원소로 하는 행렬 A 및 B를 저장할 수 있다. 행렬 A 및 B에 포함되는 보정 상수들은 픽셀 어레이(1100)에 포함된 각각의 픽셀 회로에 대응할 수 있다. 전술한 바와 같이, 행렬 A는 전달 트랜지스터의 문턱 전압 산포를 반영하여 산출된 오프셋 보정 상수를 포함할 수 있고, 행렬 B는 이상 인자의 산포를 반영하여 산출된 게인 보정 상수를 포함할 수 있다.When the pixel circuit included in the pixel array 1100 of FIG. 1 is arranged in the form of rows and columns of x and y, respectively, as shown in FIG. 5, the storage unit 2100 includes x by y matrix A and B can be stored. That is, when the pixel array 1100 is composed of N (x * y) pixels in total, the storage unit 2100 may store matrices A and B each having N correction constants as elements. The correction constants contained in matrices A and B may correspond to each pixel circuit included in the pixel array 1100. [ As described above, the matrix A may include an offset correction constant calculated reflecting the threshold voltage dispersion of the transfer transistor, and the matrix B may include a gain correction constant calculated reflecting the dispersion of the ideal factor.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 1에 도시된 이미지 프로세서(2000)의 저장부(2100)는 용량 보정 상수 α 및 β를 더 저장할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서의 촬상 장치는 총 M개의 서로 다른 전압을 전달 트랜지스터의 게이트에 인가할 수 있고, 이에 따라 M개의 서로 다른 α1~M 및 β1~M를 저장할 수 있다. 저장부(2100)는 도 1의 제어부(1400)로부터 상태 신호를 수신하여, 리드 회로(1300)가 출력하는 소스 데이터에 대응하는 보정 상수를 출력할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the invention, the storage 2100 of the image processor 2000 shown in Figure 1 may further store the capacity correction constants [alpha] and [beta]. For example, as shown in FIG. 5, the imaging device in this embodiment can apply a total of M different voltages to the gates of the transfer transistors, so that M different 1 to M and 1 to M Can be stored. The storage unit 2100 can receive a status signal from the control unit 1400 of FIG. 1 and output a correction constant corresponding to the source data output from the read circuit 1300.

한편, 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 행렬 A 및 B에 포함된 보정 상수는 전달 트랜지스터의 게이트에 특정 전압이 인가된 상태에서 도출된 값일 수 있다. 이 경우, 이에 따라 저장부(2100)는 상기 특정 게이트 전압에 대응하는 αz 및 βz(1≤z≤M)의 값을 각각 1 및 0로서 저장할 수 있다.On the other hand, according to an exemplary embodiment of the present invention, the correction constants contained in matrices A and B may be values derived with a specific voltage applied to the gate of the transfer transistor. In this case, the storage unit 2100 may store the values of? Z and? Z (1? Z ? M) corresponding to the specific gate voltage as 1 and 0, respectively.

도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 도 1의 연산부의 구현예를 나타낸다. 도 1 및 6을 참조하면, 연산부(2200)는 저장부(2100)로부터 보정 상수들(aij, bij, αk, βk)을 수신할 수 있고, 리드 회로(1300)로부터 소스 데이터(Sij)를 수신할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 연산부(2200)는 보정 상수들(aij, bij, αk, βk) 및 소스 데이터(Sij)를 바탕으로 수학식 6에 대응하는 연산을 수행하여 이미지 데이터(Dij)를 출력하도록, 로그 함수 계산기(LOG), 2개의 가산기(ADDER) 및 2개의 승산기(MULTIPLIER)를 포함할 수 있다. 수학식 6에서 I는 빛의 세기에 따라 증가하는 광전류로서, 리드 회로(1300)가 출력하는 소스 데이터(Sij)에 대응할 수 있다.FIG. 6 shows an embodiment of the operation unit of FIG. 1 according to an exemplary embodiment of the present invention. 1 and 6, the operation unit 2200 can receive the correction constants a ij , b ij , α k , and β k from the storage unit 2100, S ij ). 6, the operation unit 2200 performs an operation corresponding to Equation (6) based on the correction constants a ij , b ij ,? K , and? K and the source data S ij , A log function calculator LOG, two adders ADDER and two multipliers MULTIPLIER to output the data D ij . I in Equation 6 can correspond to the source data S ij outputted by the read circuit 1300 as a photocurrent which increases with the intensity of light.

도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다. 시스템(200)은 이미지 데?를 필요로 하는 컴퓨팅 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 차량 네비게이션, 비디오 폰, 경비 시스템 또는 움직임 검출 시스템 중 어느 하나 일 수 있다.7 is a block diagram illustrating a system including an imaging device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. System 200 may be any of a computing system that requires image storage, a camera system, a scanner, a vehicle navigation, a video phone, a security system, or a motion detection system.

도 7에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 중앙처리장치(또는 프로세서)(210), 비휘발성 메모리(220), 촬상 장치(230), 입출력 장치(240) 및 RAM(250)을 포함할 수 있다. 중앙처리장치(210)는 버스(260)를 통해서 비휘발성 메모리(220), 촬상 장치(230), 입출력 장치(240) 및 RAM(250)과 통신할 수 있다. 촬상 장치(230)는 독립된 반도체 칩으로 구현될 수도 있고, 중앙처리장치(210)와 결합하여 하나의 반도체 칩으로 구현될 수도 있다. 도 7에 도시된 시스템(200)에 포함된 촬상 장치(230)는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 이상에서 설명된 이미지 센서 또는 이미지 프로세서를 포함할 수 있다. 즉, 이미지 센서의 제어부는 리드 회로가 출력하는 소스 데이터의 정보를 포함하는 상태 신호를 출력할 수 있다. 이미지 프로세서의 저장부는 용량 보정 상수를 포함하는 보정 상수들을 저장할 수 있고, 상태 신호에 따라 소스 데이터에 대응하는 보정 상수를 출력할 수 있다. 이미지 프로세서의 연산부는 소스 데이터 및 보정 상수를 연산하여, 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 포토다이오드의 접합 용량의 변화를 보상한 이미지 데이터를 출력할 수 있다.7, the system 200 includes a central processing unit (or processor) 210, a non-volatile memory 220, an imaging device 230, an input / output device 240 and a RAM 250 . The central processing unit 210 can communicate with the nonvolatile memory 220, the image capture device 230, the input / output device 240 and the RAM 250 via the bus 260. The imaging device 230 may be implemented as an independent semiconductor chip or may be implemented as a single semiconductor chip in combination with the central processing unit 210. The imaging device 230 included in the system 200 shown in FIG. 7 may include the image sensor or image processor described above in accordance with the illustrative embodiments of the present invention. That is, the control unit of the image sensor can output a status signal including information of the source data outputted by the read circuit. The storage unit of the image processor may store correction constants including a capacity correction constant, and may output a correction constant corresponding to the source data in accordance with the status signal. The operation unit of the image processor can calculate the source data and the correction constant and output the image data compensating for the change in the junction capacitance of the photodiode according to the gate voltage of the transfer transistor.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.The foregoing description of the embodiments is merely illustrative of the present invention with reference to the drawings for a more thorough understanding of the present invention, and thus should not be construed as limiting the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the basic principles of the present invention.

Claims (8)

이미지 프로세서에 있어서,
상기 이미지 프로세서는 광 감지소자 및 상기 광 감지소자와 연결된 전달 트랜지스터를 포함하는 N개의 픽셀로 구성된 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 처리하고,
상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 상기 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 반영하여 산출된 복수개의 제1 및 제2 용량 보정 상수를 저장하는 저장부; 및
상기 제1 및 제2 용량 보정 상수를 기초로 상기 소스 데이터를 연산하여 이미지 데이터를 출력하는 연산부;를 포함하는 이미지 프로세서.
An image processor comprising:
The image processor processes source data output by an image sensor composed of N pixels including a photo sensing element and a transfer transistor connected to the photo sensing element,
A storage unit for storing a plurality of first and second capacitance correction coefficients calculated by reflecting a change in junction capacitance of the photo-sensing device according to a gate voltage of the transfer transistor; And
And an arithmetic unit for calculating the source data based on the first and second capacity correction constants and outputting image data.
제1항에 있어서,
상기 저장부는 상기 전달 트랜지스터의 문턱 전압의 산포를 반영하여 산출된 N개의 오프셋 보정 상수 및 이상 인자(ideal factor)의 산포를 반영하여 산출된 N개의 게인 보정 상수를 더 저장하고,
상기 연산부는 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 더 기초로 상기 소스 데이터를 연산하여 상기 이미지 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 프로세서.
The method according to claim 1,
Wherein the storage unit further stores N gain correction constants calculated by reflecting dispersion of N offset correction coefficients and ideal factors calculated by reflecting dispersion of a threshold voltage of the transfer transistor,
Wherein the arithmetic unit calculates the source data based on the offset correction constant and the gain correction constant and outputs the image data.
제2항에 있어서,
상기 이미지 센서가 흡수하는 빛의 세기 및 상기 소스 데이터는 로그 함수의 관계에 있고,
상기 연산부는
상기 제2 용량 보정 상수와 상기 게인 보정 상수의 합을 상기 로그 함수에 곱하고,
상기 제1 용량 보정 상수와 상기 오프셋 보정 상수의 곱을 상기 로그 함수에 더하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 이미지 프로세서.
3. The method of claim 2,
Wherein the intensity of the light absorbed by the image sensor and the source data are in logarithmic relation,
The operation unit
Multiplying the logarithmic function by the sum of the second capacity correction constant and the gain correction constant,
And adding the product of the first capacity correction constant and the offset correction constant to the log function to generate the image data.
N개의 픽셀을 포함하는 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 처리하는 방법에 있어서,
상기 이미지 센서로부터 상기 N개의 픽셀 중 적어도 하나의 픽셀에 대응하는 소스 데이터를 입력 받는 단계;
저장부에서 상기 소스 데이터에 대응하는 제1 및 제2 용량 보정 상수를 독출하는 단계; 및
상기 소스 데이터, 제1 및 제2 용량 보정 상수를 연산하여 이미지 데이터를 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 용량 보정 상수는 상기 픽셀이 포함하는 광 감지소자와 연결된 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 상기 광 감지소자의 접합 용량을 반영한 것을 특징으로 하는 이미지 프로세서의 데이터 처리 방법.
A method of processing source data output by an image sensor comprising N pixels,
Receiving source data corresponding to at least one of the N pixels from the image sensor;
Reading a first and second capacity correction constants corresponding to the source data in a storage unit; And
Calculating the source data, the first and second capacity correction constants, and outputting the image data,
Wherein the first and second capacitance correction constants reflect the junction capacitance of the photo-sensing device according to a gate voltage of a transfer transistor connected to the photo-sensing device included in the pixel.
제4항에 있어서,
상기 저장부에서 상기 소스 데이터에 대응하는 오프셋 보정 상수 및 게인 보정 상수를 독출하는 단계를 더 포함하고,
상기 이미지 데이터를 출력하는 단계는 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 더 연산하여 상기 이미지 데이터를 출력하고,
상기 오프셋 보정 상수는 상기 전달 트랜지스터의 문턱 전압의 산포를 반영하고,
상기 게인 보정 상수는 이상 인자의 산포를 반영한 것을 특징으로 하는 이미지 프로세서의 데이터 처리 방법.
5. The method of claim 4,
And reading the offset correction constant and the gain correction constant corresponding to the source data in the storage unit,
Wherein the step of outputting the image data further includes calculating the offset correction constant and the gain correction constant to output the image data,
Wherein the offset correction constant reflects a dispersion of a threshold voltage of the transfer transistor,
Wherein the gain correction constant reflects the disparity of the anomaly factor.
제5항에 있어서,
상기 이미지 센서가 흡수하는 빛의 세기 및 상기 소스 데이터는 로그 함수의 관계에 있고,
상기 이미지 데이터를 출력하는 단계는
상기 제2 용량 보정 상수와 상기 게인 보정 상수의 합을 상기 로그 함수에 곱하는 단계; 및
상기 제1 용량 보정 상수와 상기 오프셋 보정 상수의 곱을 상기 로그 함수에 더하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 프로세서의 데이터 처리 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the intensity of the light absorbed by the image sensor and the source data are in logarithmic relation,
The step of outputting the image data
Multiplying the logarithmic function by the sum of the second capacity correction constant and the gain correction constant; And
And adding a product of the first capacity correction constant and the offset correction constant to the log function.
제5항에 있어서,
최초 동작시 수행되는 보정 상수 결정 단계를 더 포함하고,
상기 보정 상수 결정 단계는,
상기 이미지 센서로 균일한 이미지를 촬영하는 단계;
상기 이미지 센서가 출력하는 소스 데이터를 기초로 상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 결정하는 단계; 및
상기 오프셋 보정 상수 및 상기 게인 보정 상수를 상기 저장부에 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 프로세서의 데이터 처리 방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising a correction constant determination step performed in the initial operation,
Wherein the correction constant determination step comprises:
Photographing a uniform image with the image sensor;
Determining the offset correction constant and the gain correction constant based on source data output from the image sensor; And
And storing the offset correction constant and the gain correction constant in the storage unit.
이미지 센서 및 이미지 프로세서를 포함하는 촬상 장치에 있어서,
상기 이미지 센서는,
광 감지소자 및 상기 광 감지소자와 연결된 전달 트랜지스터를 포함하는 복수개의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이;
상기 픽셀 어레이에 전달 트랜지스터의 게이트에 가변 전압을 인가하는 로우 드라이버;
상기 픽셀 어레이가 출력하는 신호를 측정하여 소스 데이터를 생성하는 리드 회로; 및
상기 로우 드라이버 및 상기 리드 회로를 제어하고, 상기 게이트의 전압 정보 및 상기 소스 데이터에 대응하는 픽셀 위치 정보를 포함하는 상태 신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 이미지 프로세서는,
상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 상기 광 감지소자의 접합 용량의 변화를 반영하여 산출된 복수개의 용량 보정 상수를 저장하고, 상기 상태 신호에 따라 상기 복수개의 용량 보정 상수 중 적어도 하나를 출력하는 저장부; 및
상기 용량 보정 상수를 기초로 상기 소스 데이터를 연산하여 이미지 데이터를 출력하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
An imaging device comprising an image sensor and an image processor,
Wherein the image sensor comprises:
A pixel array including a plurality of pixels including a light sensing element and a transfer transistor coupled to the photo sensing element;
A row driver for applying a variable voltage to the gate of the transfer transistor in the pixel array;
A read circuit that measures a signal output from the pixel array to generate source data; And
And a controller for controlling the row driver and the read circuit and outputting a status signal including voltage information of the gate and pixel position information corresponding to the source data,
The image processor comprising:
A storage capacitor for storing a plurality of capacitance correction constants calculated by reflecting a change in junction capacitance of the photo-sensing element according to a gate voltage of the transfer transistor, and outputting at least one of the plurality of capacitance correction constants according to the status signal; ; And
And an arithmetic unit for calculating the source data based on the capacity correction constant and outputting image data.
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