KR101631061B1

KR101631061B1 - 다중 모드 해상도를 갖는 cmos 이미지 센서

Info

Publication number: KR101631061B1
Application number: KR1020150017940A
Authority: KR
Inventors: 송민규; 유지은
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-06-16

Abstract

본 발명은 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로서, 보다 바람직하게는 다수의 픽셀들을 2차원 행렬 형태로 포함하며, 외부로부터 입력된 영상 정보에 대응하는 전압 신호를 출력하는 픽셀 어레이; 외부로부터 해상도 모드 제어 신호를 입력받고, 이에 응답하여 구현하고자 하는 해상도를 선택하는 로우 제어 디코더; 상기 로우 제어 디코더가 선택한 해상도를 구현하기 위해 상기 픽셀 어레이 내 다수의 로우 픽셀들의 동작을 제어하는 로우 제어 유닛; 상기 픽셀 어레이로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 입력받고, 외부로부터 램프 신호를 입력받아, 상기 전압 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 컬럼 ADC; 상기 컬럼 ADC로부터 출력된 복수 개의 비교 신호를 입력받아 출력하는 멀티플렉서;를 포함한다.
이러한 구성에 의해, 본 발명의 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서는 서브 샘플링 동작을 통해 긴급한 상황 또는 사용자의 입력에 따라 저해상도부터 고해상도까지 다양한 해상도 모드를 제공하면서도 해상도를 용이하게 변환할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서{CMOS image sensor having multi-mode resolution}

본 발명은 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 CMOS 이미지 센서가 제공되는 여러 상황에 따라 서로 다른 해상도를 제공하는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 센서(Image Sensor)란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 획득(capture)하는 장치를 말한다. 자연계에 존재하는 피사체의 부분들 각각이 내는 빛의 밝기 및 파장 등은 서로 다르므로 이를 감지하는 장치의 화소(픽셀)들은 대응하는 전기적인 값을 가지는데, 이러한 이미지 센서는 상기 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 준다.

이러한 특성을 갖는 이미지 센서는 대부분 CCD(Charge Coupled Device)를 이용하였으나, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 기술의 비약적 발전함에 따라 CMOS 트랜지스터를 이용한 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)가 널리 개발되었다.

이러한 CMOS 이미지 센서는 이전 CCD 이미지 센서에서 획득된 아날로그 영상 정보를 디지털 신호로 변환하기 위해 별도의 집적회로로 구현되었던 아날로그-디지털 변환기를 내부에 포함하고 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 비교하여 저전압 동작이 가능하고, 소비 전력이 적으며, 표준 CMOS 공정을 사용한 집적화에 유리한 장점으로 인해 현재 많은 분야에서 널리 사용되고 있으며, 향후에도 계속해서 많은 분야에서 CCD를 대체할 것으로 인식된다.

또한 최근 들어, 사회적 불안으로 인해 어린이, 여성, 노약자 등이 범죄의 표적이 되고 있어, 이러한 사회적 약자를 보호하기 위해 여러 종류의 전자기기가 연구되고 있다. 그 중에서도 블랙박스를 각 개인이 소장해서 화면 녹화를 수행함과 동시에 위험한 상황에서는 가까운 경찰서나 보안업체로 촬영한 영상을 전송하는 시스템을 구축하는 방법이 대두되고 있다. 이러한 시스템을 구축하기 위해서는 초소형이면서 저전력으로 구현 가능한 CMOS 이미지 센서가 사용되어야 한다.

따라서, CMOS 이미지 센서는 전력 소모량을 줄이기 위해, 평소에는 저해상도 모드로 동작하다 긴급한 상황 또는 사용자 입력이 있는 경우에는 고해상도 모드로 변환하여 동작하는 것이 필요함에도 불구하고, 해상도 변환이 용이하지 않은 어려움이 발생했다.

KR 10-2009-0090604 (단일 ADC 방식의 씨모스 이미지 센서 회로, 삼성전자주식회사) 2009.08.26.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 CMOS 이미지 센서가 제공되는 여러 상황별로 서로 다른 해상도를 제공함으로써, 초소형이면서도 저전력 특성을 갖는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서를 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서는 다수의 픽셀들을 2차원 행렬 형태로 포함하며, 외부로부터 입력된 영상 정보에 대응하는 전압 신호를 출력하는 픽셀 어레이; 외부로부터 해상도 모드 제어 신호를 입력받고, 이에 응답하여 구현하고자 하는 해상도를 선택하는 로우 제어 디코더; 상기 로우 제어 디코더가 선택한 해상도를 구현하기 위해 상기 픽셀 어레이 내 다수의 로우 픽셀들의 동작을 제어하는 로우 제어 유닛; 상기 픽셀 어레이로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 입력받고, 외부로부터 램프 신호를 입력받아, 상기 전압 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 컬럼 ADC; 상기 컬럼 ADC로부터 출력된 복수 개의 비교 신호를 입력받아 출력하는 멀티플렉서;를 포함한다.

보다 바람직하게는 서브 샘플링(Sub-Sampling) 방법에 의해 구현하고자 하는 해상도를 변환하는 로우 제어 디코더를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는 3비트의 길이로 이루어지며, 정상모드, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 해상도 모드 중 하나의 해상도 모드를 선택하는 해상도 모드 제어 신호를 포함할 수 있다.

특히, 상기 픽셀 어레이로부터 출력된 전압 신호를 스위치를 통해 입력 받고, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 픽셀로부터 출력된 전압 신호가 입력되지 못하도록 상기 필요하지 않은 픽셀과 연결된 스위치를 오프시키는 로우 제어 유닛 및 컬럼 ADC를 포함할 수 있다.

특히, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 픽셀과 연결된 스위치를 오프시키는 경우, 메모리부에 기저장된 픽셀 정보를 출력하는 로우 제어 유닛 및 컬럼 ADC를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 컬럼 ADC에 스위치를 연결하여, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 짝수 컬럼 어레이 또는 홀수 컬럼 어레이의 전압 신호가 인가되지 않도록 상기 컬럼 ADC에 연결된 스위치를 오프시키는 멀티플렉서를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 램프 신호를 생성하여 상기 컬럼 ADC로 전송하는 램프신호 발생기;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서는 서브 샘플링 동작을 통해 긴급한 상황 또는 사용자의 입력에 따라 저해상도부터 고해상도까지 다양한 해상도 모드를 제공하면서도 해상도를 용이하게 변환할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서는 서브 샘플링 동작을 통해 다양한 종류의 해상도 모드를 제공함으로써, 전력 소모량을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 픽셀 어레이를 구성하는 단위 픽셀의 등가 회로도이다.
도 3은 컬럼 ADC의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 CMOS 이미지 센서가 정상 모드와 서브 샘플링 모드일 때의 워드라인 신호를 비교한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 멀티플렉서 내 구비되는 스위치 도면이다.
도 6은 4-shared 구조의 픽셀에 대한 로우 제어 유닛 내 구비되는 스위치 도면이다.
도 7은 4-shared 구조의 픽셀 구조를 나타낸 회로도이다.
도 8은 각각의 해상도 모드별 로우 제어 유닛의 동작에 대한 모의실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 각 해상도 모드로 동작 시, 선택되는 픽셀을 나타내는 도면이다.
도 10은 정상모드와 1/4 해상도 모드간 모의실험 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시 예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 전력 소모량을 줄이기 위해 평소에는 기존 해상도의 1/64에 해당하는 저해상도 모드로 동작하다가 긴급한 상황 또는 사용자의 별도 입력과 같은 필요에 따라 기존 해상도의 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16/ 1/32, 1/64에 해당하는 다중 해상도로 구현될 수 있는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서에 대하여 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서의 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 로우 제어 디코더(120), 로우 제어 유닛(130), 컬럼 ADC(140), 멀티플렉서(150), 및 램프신호 발생기(미도시)를 포함한다.

픽셀 어레이(110)는 다수의 픽셀들을 2차원 행렬 형태로 포함하며, 외부로부터 입사되는 광세기에 비례하여 복수 개의 광전하를 생성하여 축적하고, 상기 축적된 광전하의 변동폭에 근거하여 전위 변동폭을 감지하고, 상기 감지된 전위 변동폭에 대응하는 전압 신호를 생성하여 출력한다.

로우 제어 디코더(120)는 외부로부터 해상도 모드 제어 신호를 입력받고, 이에 응답하여 구현하고자 하는 해상도를 선택한다. 이러한 로우 제어 디코더(120)는 서브 샘플링(Sub-Sampling) 방법에 의해 구현하고자 하는 해상도를 변환할 수 있다.

이때, 상기 해상도 모드 제어 신호는 3 bits의 길이로 이루어지며, 정상모드, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 해상도 모드 중 하나의 해상도 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어, 입력신호가 000일 때 정상 모드, 001일 때 1/2 해상도 모드, 010일 때 1/4 해상도 모드, 011일 때 1/8 해상도 모드, 100일 때 1/16 해상도 모드, 101일 때 1/32 해상도 모드, 110일 때 1/64 해상도 모드로 동작되어, 총 7개의 해상도 모드(정상, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16/ 1/32, 1/64)를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 서브 샘플링(Sub-sampling) 방법이란, 영상 데이터의 크기를 줄이는 방법으로서, RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환할 때, 4:4:4 데이터를 4:4:0으로 만들어 데이터의 크기를 1/2로 압축시키는 방법을 나타낸다. 이러한 서브 샘플링 방법을 통해 입력 영상에서 컬러 정보를 일부 손실하게 되는 손실 압축 방식의 특징을 갖는다.

로우 제어 유닛(130)은 상기 로우 제어 디코더(120)가 선택한 해상도를 구현하기 위해 상기 픽셀 어레이(110) 내 다수의 로우 픽셀들의 동작을 제어한다. 이러한 로우 제어 유닛(130)은 상기 픽셀 어레이(110)로부터 출력된 전압신호를 스위치를 통해 입력받아 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 픽셀로부터 출력된 전압신호가 입력되지 못하도록 상기 필요하지 않는 픽셀과 연결된 스위치를 오프시키고, SRAM과 같은 메모리부에 기저장된 이전의 픽셀 정보를 출력할 수 있다.

컬럼 ADC(140)는 상기 픽셀 어레이로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 입력받고, 외부로부터 램프 신호를 입력받아, 상기 전압 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력한다. 이러한 컬럼 ADC(140)는 상기 픽셀 어레이(110)로부터 출력된 전압 신호를 스위치를 통해 입력받아, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 픽셀로부터 출력된 전압 신호가 입력되지 못하도록 상기 필요하지 않는 픽셀과 연결된 스위치를 오프시키고, SRAM과 같은 메모리부에 기저장된 픽셀 정보를 출력할 수 있다.

특히, 해상도를 1/64까지 낮추기 위해 상기 로우 제어 유닛과 컬럼 ADC의 기본 단위는 8 × 8로 한다. 이때, 8 개의 로우 제어 유닛과 컬럼 ADC의 각 블록에 스위치를 추가하여 사용을 제한할 수 있으며, 상기 스위치는 상기 로우 제어 디코더(120)를 통해 제어될 수 있다.

멀티플렉서(150)는 상기 컬럼 ADC(140)로부터 출력된 복수 개의 비교 신호를 입력받아 출력한다. 이러한 멀티플렉서(150)는 상기 컬럼 ADC(140)에 스위치를 연결하여, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 짝수 컬럼 어레이 또는 홀수 컬럼 어레이의 전압 신호가 인가되지 않도록 상기 컬럼 ADC(140)에 연결된 스위치를 오프시킬 수 있다.

램프신호 발생기는 램프 신호를 생성하여 상기 컬럼 ADC(140)로 전송한다.

이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 픽셀 센서 어레이를 구성하는 단위 픽셀에 대하여 간략히 살펴보도록 한다.

도 2는 픽셀 센서 어레이를 구성하는 단위 픽셀의 등가 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMOS 이미지 센서(100) 내 픽셀 센서 어레이(110)를 구성하는 단위 픽셀(110a)은 포토 다이오드(Photo Diode, 111), 전송 트랜지스터(112), 드라이버 트랜지스터(113), 리셋 트랜지스터(114) 및 선택 트랜지스터(115)를 구비한다.

포토 다이오드(111)는 외부의 광량에 따라 전압이 인가된다.

전송 트랜지스터(112)는 상기 포토 다이오드(111)에 인가된 전압을 상기 드라이버 트랜지스터(113)의 게이트로 전송하고, 상기 드라이버 트랜지스터 (113)는 상기 전송 트랜지스터(112)를 통해 전송된 전압에 기초하여 소스-드레인간에 일정한 전류를 발생시킨다.

리셋 트랜지스터(114)는 상기 드라이버 트랜지스터(113)의 게이트로 리셋 전압을 인가한다.

선택 트랜지스터(115)는 로우 제어 유닛(120)으로부터 수신한 선택 신호(SEL)에 응답하여, 상기 드라이버 트랜지스터(113)에서 생성된 전압을 상기 단위 픽셀(110a)의 픽셀 출력으로 출력한다.

이러한 단위 픽셀(110a)은 상기 리셋 트랜지스터(114)를 턴 온(turn on)시킴으로써 리셋 동작이 이루어지고, 상기 리셋 동작에 기초한 리셋 전압을 출력한다. 상기 리셋 동작 이후 입사되는 광량에 따라 상기 포토 다이오드(111)는 새로운 광전하를 축적하게 되고, 일정시간 후 축적된 광전하에 따라 결정되는 전압은 상기 선택 트랜지스터(115)를 턴 온(turn on)시킴으로써 픽셀 신호 전압을 출력한다.

이와 같이 구성되는 단위 픽셀의 동작과정은 4 트랜지스터 타입의 CMOS 이미지 센서는 전송 트랜지스터(112)와 리셋 트랜지스터(114)의 접속점에 부유 확산층으로 이루어지는 플로팅 디퓨전(FD)을 리셋 트랜지스터(114)에 의해 리셋 레벨로 설정한다. 이후, 전송 트랜지스터(112)를 구동하여 포토 다이오드(111)에 축적된 전하를 플로팅 디퓨전으로 전송시켜 그 전위(potential)를 변화시킨다. 이러한 전위의 변화를 상기 드라이버 트랜지스터(113)를 통해 신호라인으로 추출한다. 이에 따라, 상기 플로팅 디퓨전에서의 리셋 시의 전위와 상기 포토 다이오드(111)로부터의 전하 전송 시의 전위간 차이를 검출함으로써, 노이즈가 제거된 신호를 추출할 수 있다.

도 3은 컬럼 ADC의 회로도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 컬럼 ADC는 서브 샘플링 동작 시, 필요하지 않은 픽셀에 해당하는 타이밍에서 상기 필요하지 않은 픽셀로부터 출력된 전압 신호 vpix 가 인가되지 못하도록 픽셀 어레이로부터 출력된 전압 신호를 입력받는 스위치 S0를 오프(OFF)시키고, 전원전압을 입력받는 스위치 S0b를 온(ON) 시킨다.

이에 따라, 상기 픽셀 어레이로부터 출력된 전압 신호를 입력받는 대신 전원전압 vdda를 입력받으면, 이어지는 비교기에서 비교가 이루어지지 않기 때문에 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 서브 샘플링 동작 시, 컬럼 ADC(140)의 출력단에 연결된 스위치 S4는 필요하지 않은 픽셀에 해당하는 타이밍에서 오프(OFF)되고, 그라운드 전압을 입력받는 스위치 S4b가 온(ON)되어, 전류 손실을 줄여 전력소모를 줄일 수 있다.

또한 상기 컬럼 ADC의 픽셀값을 메모리부인 SRAM에 입력되는 신호인 워드라인(WL)에 스위치를 추가할 수 있다.

도 4는 본 발명의 CMOS 이미지 센서가 정상 모드와 서브 샘플링 모드일 때의 워드라인 신호를 비교한 타이밍도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 정상 모드에서는 상기 워드라인(WL) 신호가 처음 하이(High) 상태인 구간에서는 픽셀값을 SRAM에 쓰는(Writing) 구간이고, 이어지는 두 번째 하이(High) 상태인 구간에서는 SRAM에 저장된 픽셀값을 읽어오는 (Reading)구간이다. 이처럼, CMOS 이미지 센서가 정상 모드로 동작하는 경우에는 상기 워드라인 신호가 하이 상태일 때마다 쓰기와 읽기 과정이 반복 수행된다.

하지만 이러한 정상모드와 달리, 본 발명의 CMOS 이미지 센서가 서브 샘플링 동작을 수행하는 경우의 워드라인(WL) 신호는 처음 하이 상태인 구간에서만 SRAM에 픽셀값을 쓰는 동작이 이루어지고, 이때, 쓰여진 픽셀값은 상기 SRAM에 저장되어 계속 유지된다. 이후 이어지는 워드라인 신호가 하이 상태인 구간에서는 읽기 구간으로 설정되어, 새로운 픽셀 값을 상기 SRAM에 다시 쓰지 않고, 상기 SRAM에 저장된 픽셀값을 그대로 읽어와 출력한다. 따라서, 이러한 방식을 통해 서브 샘플링을 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 멀티플렉서 내 구비되는 스위치 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 멀티플렉서(150)는 서브 샘플링 동작 여부에 따른 선택 신호에 응답하여 홀수 컬럼 어레이 블록(ODD Block)의 출력은 처리하고, 짝수 컬럼 어레이 블록(EVEN Block)의 출력을 처리하지 않는다고 할 때, 상기 짝수 컬럼 어레이 블록 전체를 사용하지 않을 수 있다. 따라서, 멀티플렉서(150)가 홀수 컬럼 어레이 블록의 출력신호만을 입력받아 처리하고, 짝수 컬럼 어레이 블록의 출력 신호는 입력받지 않아 처리하지 않도록 스위칭을 동작시킴으로써, 전력 소모를 줄일 수 있다. 상기 홀수 블록의 입력 스위치 또한 같은 방식으로 홀수 블록의 입력을 처리하거나 처리하지 않을 수 있다.

도 6은 4-shared 구조의 픽셀에 대한 로우 제어 유닛 내 구비되는 스위치 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 각 로우 제어 유닛 내 픽셀 어레이의 픽셀들의 동작을 제어하기 위해, 로우 픽셀 선택 신호 및 리셋 픽셀 신호를 출력하기 전 스위치를 추가로 연결하였다. 이에 따라, 특정 로우 제어 유닛의 스위치를 오프(off)하면 해당 픽셀이 회로에서 처리되지 않기 때문에 전력 소모를 줄일 수 있다.

도 7은 4-shared 구조의 픽셀을 나타낸 회로도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 픽셀의 동작 순서는 첫 번째 열(Row)이 동작할 때, TX2, TX3에 해당하는 값이 먼저 출력되고, 이어서 두 번째 열이 동작할 때 TX0, TX1이 차례대로 출력된다.

이에 따라, 도 8과 같은 타이밍도를 획득할 수 있다.

도 8은 각각의 해상도 모드별 로우 제어 유닛의 동작에 대한 모의실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 8에 도시된 파란색 타이밍도는 앞서 도 6의 로우 픽셀 선택 신호(iROW_SEL)의 출력에 대한 타이밍도를 나타내고, 빨간색 타이밍도는 도 6의 리셋 픽셀 신호(RESET_PIXEL)의 출력에 대한 타이밍도를 나타내며, 자주색 타이밍도는 도 7의 4-shared 구조의 픽셀 중 ITX2, ITX3, ITX0, ITX1의 각각의 출력에 대한 타이밍도를 나타낸다. 이러한 도 8에 도시된 타이밍도는 총 4개의 로우 유닛 즉, 하나의 로우 유닛당 총 4개의 픽셀값을 가지므로, 총 16개의 픽셀 출력에 대한 타이밍도를 나타낸다.

이어서, 도 9를 통해 각각의 해상도 모드에 따라 선택되는 픽셀에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.

도 9는 각 해상도 모드로 동작 시, 선택되는 픽셀을 나타내는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 정상 모드(Normal Mode)에서 차례대로 로우 유닛(Row Unit)이 순서대로 출력되고, 1/2 모드로 동작할 때는 두 번째 열(Row)에 해당하는 TX0, TX1의 출력을 제한하며, TX2, TX3의 출력 신호만을 사용한다.

또한, 1/4 모드로 동작할 때는 TX3, TX0, TX1의 출력을 제한하고, TX2의 출력 신호만을 사용하며, 1/8 모드 및 1/16 모드로 동작 시에는 홀수 번째 유닛의 TX2 출력 신호만을 사용하고, 1/32 모드 및 1/64 모드로 동작 시에는 첫 번째 유닛의 TX2 출력 신호만을 사용한다.

도 10은 정상모드와 1/4 해상도 모드간 모의실험 결과를 나타낸 도면이다.

도 10은 CMOS 이미지 센서의 정상 모드와 1/4 해상도 모드일 때의 전력 소모량을 나타낸 그래프로서, 1/4 해상도 모드로 동작할 때의 CMOS 이미지 센서의 전력 소모량이 정상 모드로 동작할 때의 전력 소모량에 비하여 1/4인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서가 정상, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64의 7개의 다중모드 해상도를 구현할 때, 각각의 해상도 모드에서의 CMOS 이미지 센서의 전력 소모량을 약 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 로 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연하다.

110: 픽셀 어레이 120: 로우 제어 디코더
130: 로우 제어 유닛 140: 컬럼 ADC
150: 멀티플렉서

Claims

다수의 픽셀들을 2차원 행렬 형태로 포함하며, 외부로부터 입력된 영상 정보에 대응하는 전압 신호를 출력하는 픽셀 어레이;
외부로부터 해상도 모드 제어 신호를 입력받고, 이에 응답하여 구현하고자 하는 해상도를 선택하는 로우 제어 디코더;
상기 로우 제어 디코더가 선택한 해상도를 구현하기 위해 상기 픽셀 어레이 내 다수의 로우 픽셀들의 동작을 로우 별로 제어하는 로우 제어 유닛;
상기 픽셀 어레이로부터 출력된 복수 개의 전압 신호를 컬럼 별로 입력받고, 외부로부터 램프 신호를 입력받아, 상기 전압 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교 신호를 출력하는 컬럼 ADC; 및
상기 컬럼 ADC로부터 출력된 복수 개의 비교 신호를 입력받아 출력하는 멀티플렉서;
를 포함하고,
상기 컬럼 ADC는
상기 픽셀 어레이로부터 출력된 전압 신호를 스위치를 통해 입력 받고, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 픽셀로부터 출력된 전압 신호가 입력되지 못하도록 상기 필요하지 않은 픽셀과 연결된 스위치를 오프시키고 비교기가 동작하지 않는 범위의 전압을 가지는 전원전압과 연결된 스위치를 온시켜 비교기가 작동하지 않도록 하되, 상기 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 픽셀에 의해 최초 입력되어 메모리부에 저장된 픽셀 정보를 그대로 출력하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 로우 제어 디코더는
서브 샘플링(Sub-Sampling) 방법에 의해 구현하고자 하는 해상도를 변환하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서.
제2항에 있어서,
상기 해상도 모드 제어 신호는
3비트의 길이로 이루어지며, 정상모드, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 해상도 모드 중 하나의 해상도 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 멀티플렉서는
상기 컬럼 ADC에 스위치를 연결하여, 서브 샘플링 동작 시 필요하지 않는 짝수 컬럼 어레이 또는 홀수 컬럼 어레이의 전압 신호가 인가되지 않도록 상기 컬럼 ADC에 연결된 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 하는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 램프 신호를 생성하여 상기 컬럼 ADC로 전송하는 램프신호 발생기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 해상도를 갖는 CMOS 이미지 센서.