KR102169308B1 - 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 및 다크 픽셀들을 포함하는 다크 픽셀 영역을 포함하는 픽셀 어레이부, 상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환부, 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하는 오프셋 추출부, 및 상기 최종 오프셋을 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 보정부를 포함하며, 상기 보정부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 기준 코드를 비교한 결과에 기초하여, 보정 픽셀 데이터 코드 및 상기 기준 코드 중 어느 하나를 보정된 결과로 출력하고, 상기 보정 픽셀 데이터 코드는 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 코드이다.

Description

이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 방법{IMAGE SENSOR AND METHOD OF SENSING THE SAME}
실시 예는 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 디지털 카메라, 이동 통신 단말기 등에 많이 사용되고 있다. 이러한 이미지 센서는 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다.
이미지 센서의 고픽셀, 소형화로 인해 픽셀 사이즈가 작아짐에 따라 암전류, 암전류에 의해 발생하는 암전류 노이즈, 포톤 샷 노이즈(photon shot noise), 또는 MOS 디바이스 노이즈 등의 영향이 커지고 있다.
CMOS 타입의 이미지 센서는 능동 소자의 특성, 예컨대, 문턱 전압(Vth) 등의 편차가 영상 신호 상에 중첩되어 나타날 수 있다. 이러한 능동 소자의 특성의 편차는 각 픽셀에 대하여 고정된 값을 가질 수 있고, 화면상의 영상에 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise, FPN)을 유발시킬 수 있다. 특히 인접 픽셀들 간의 거리가 가까워짐에 따라 칼럼별로 배치된 픽셀들 또는 회로에서 가지는 옵셋(offset)에 기인하여 이미지를 구현할 때 생기는 노이즈인 칼럼 고정 패턴 노이즈(Column Fixed Pattern Noise, CFPN)에 의하여 비정상적인 출력 이미지가 발생할 수 있다.
실시 예는 피사체의 밝은 영역에 대해서는 오프셋 보정에 의하여 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생되는 것을 방지할 수 있는 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 방법을 제공한다.
실시 예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 및 다크 픽셀들을 포함하는 다크 픽셀 영역을 포함하는 픽셀 어레이부; 상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하는 오프셋 추출부; 및 상기 최종 오프셋을 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 보정부를 포함하며, 상기 보정부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 기준 코드를 비교한 결과에 기초하여, 보정 픽셀 데이터 코드 및 상기 기준 코드 중 어느 하나를 보정된 결과로 출력하고, 상기 보정 픽셀 데이터 코드는 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 코드이다.
상기 기준 코드는 상기 아날로그 디지털 변환부의 아날로그-디지털 변환에 관한 해상도의 풀 코드(full-code)일 수 있다.
상기 보정부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 큰 경우 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력할 수 있다.
상기 보정부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 작거나 같은 경우 상기 보정 픽셀 데이터 코드를 출력할 수 있다.
상기 오프셋 추출부는 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈를 추출하고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 최종 오프셋을 추출할 수 있다.
상기 아날로그 디지털 변환부는 (n+m) 비트의 디지털 코드를 생성할 수 있고, n>1인 자연수이고, 0<m<1인 유리수일 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 상기 다크 픽셀 데이터 코드 및 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 저장하는 메모리부를 더 포함할 수 있다.
상기 메모리부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드의 저장을 위하여 (n+1) 비트의 저장 공간을 제공할 수 있다.
상기 보정부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 상기 기준 코드를 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 신호 및 제2 신호를 출력하는 비교부; 상기 제1 신호에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력하는 코드 변환부; 및 상기 제2 신호에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하고 보정된 결과를 출력하는 오프셋 보정부를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 및 다크 픽셀들을 포함하는 다크 픽셀 영역을 포함하는 픽셀 어레이부; 상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 상기 다크 픽셀 데이터 코드 및 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 저장하는 메모리부; 및 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하고, 상기 최종 오프셋을 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 디지털 신호 처리부를 포함하고, 상기 디지털 신호 처리부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 기준 코드를 비교한 결과에 기초하여, 보정 픽셀 데이터 코드 및 상기 기준 코드 중 어느 하나를 보정된 결과로 출력하고, 상기 보정 픽셀 데이터 코드는 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 코드이고, 상기 기준 코드는 상기 아날로그 디지털 변환부의 아날로그-디지털 변환에 관한 해상도의 풀 코드(full-code)이다.
상기 이미지 센서는 상기 메모리부를 제어하는 제어 신호들을 생성하는 칼럼 스캐너를 더 포함할 수 있고, 상기 칼럼 스캐너의 제어 신호들에 기초하여, 상기 메모리부에 저장된 액티브 픽셀 데이터 코드 및 다크 픽셀 데이터 코드는 상기 디지털 신호 처리부로 전송될 수 있다.
상기 디지털 신호 처리부는 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 상기 최종 오프셋을 추출하는 오프셋 추출부; 및 상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 상기 기준 코드를 비교한 결과에 기초하여, 상기 보정 픽셀 데이터 코드 및 상기 기준 코드 중 어느 하나를 보정된 결과로 출력하는 보정부를 포함할 수 있다.
상기 오프셋 추출부는 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈를 추출하고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 최종 오프셋을 추출할 수 있다.
또 다른 실시 예는 액티브 픽셀들, 및 다크 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이부를 포함하는 이미지 센서의 센싱 방법에 관한 것으로, 상기 다크 픽셀들에 대한 출력들, 및 상기 액티브 픽셀들에 대한 출력들을 획득하는 단계; 상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환 단계; 상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하는 추출 단계; 및 상기 최종 오프셋을 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 보정 단계를 포함하며, 상기 보정 단계는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 기준 코드를 비교한 결과에 기초하여, 보정 픽셀 데이터 코드 및 상기 기준 코드 중 어느 하나를 보정된 결과로 출력하고, 상기 기준 코드는 상기 아날로그 디지털 변환부의 아날로그-디지털 변환에 관한 해상도의 풀 코드(full-code)이고, 상기 보정 픽셀 데이터 코드는 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 코드이다.
상기 보정 단계는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 큰 경우 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환할 수 있다.
상기 보정 단계는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 작거나 같은 경우 상기 보정 픽셀 데이터 코드를 출력할 수 있다.
상기 아날로그 디지털 변환 단계는 (n+m) 비트의 디지털 코드를 생성하고, n>1인 자연수이고, 0<m<1인 유리수일 수 있다.
실시 예는 피사체의 밝은 영역에 대해서는 오프셋 보정에 의하여 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이부의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환부 및 메모리부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 디지털 신호 처리부의 일 실시 예에 따른 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 오프셋 추출부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 보정부의 일 실시 예에 따른 구성도를 나타낸다.
도 8은 피사체의 밝은 영역에 대한 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생되는 원인을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서(100)의 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 제어부(110), 픽셀 어레이부(120), 아날로그 디지털 변환부, 130), 메모리부(140), 및 칼럼 스캐너(150)를 포함한다.
제어부(110)는 픽셀 어레이부(120)를 제어하기 위한 제1 제어 신호(Sd), 아날로그 디지털 변환부를 제어하는 제2 제어 신호(SC), 및 칼럼 스캐너(150)를 제어하는 제2 제어 신호(CS)를 출력한다.
예컨대, 제1 제어 신호(Sd)는 픽셀 어레이부(120)의 픽셀들을 제어하는 리셋 신호(RX), 전송 신호(TX), 및 선택 신호(SX)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 타이밍 신호 또는 제어 신호를 발생하는 타이밍 컨트롤러(timing controller), 및 타이밍 컨트롤러로부터 제공되는 타이밍 신호에 기초하여 복수의 단위 화소들을 구동하는 제1 제어 신호(Sd)를 생성하는 로우 드라이버(row driver)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이부(120)의 복수의 단위 화소들을 구동할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
예컨대, 로우 드라이버는 픽셀 어레이부(120)를 구동하는 구동 신호(Sd)를 생성할 수 있고, 생성된 구동 신호를 픽셀 어레이부(120)로 출력할 수 있다.
예컨대, 로우 드라이버는 후술하는 픽셀 어레이부(120)의 액티브 픽셀 영역(205), 및 다크 영역을 구동하기 위한 구동 신호(Sd)를 출력할 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 복수의 단위 화소들(unit pixels)을 포함할 수 있으며, 복수의 단위 화소들은 행(row)과 열(column)로 이루어진 매트릭스(matrix) 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 단위 화소들 각각은 빛을 감지하고, 감지한 결과를 전기적 신호로 변환하는 광전 변환 소자일 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 단위 화소들과 연결되는 센싱 라인들(L1 내지 Lm, m>1인 자연수)을 포함하며, 센싱 라인들(L1 내지 Lm)을 통하여 센싱 신호들(a1 내지 am, m>1인 자연수)을 출력할 수 있다. 예컨대, 센싱 라인들(L1 내지 Lm) 각각은 열들 중에서 대응하는 어느 하나에 연결되는 단위 화소들의 출력단들과 연결될 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 액티브 픽셀 영역(Active Pixel Area), 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향(column direction)의 적어도 일 측에 위치하는 제1 다크 영역(Black Area), 및 액티브 픽셀 영역의 로우 방향(Row direction)의 적어도 일 측에 위치하는 제2 다크 영역을 포함할 수 있다.
아날로그 디지털 변환부(130)는 제어부(110)에 의하여 구동된 픽셀 어레이부(120)로부터 센싱 라인들(L1 내지 Lm)을 통하여 출력되는 아날로그 신호인 감지 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 결과에 따른 데이터 코드를 출력한다.
아날로그 디지털 변환부(130)는 상관 더블 샘플링(Correlated Double Sampling, CDS)을 수행할 수 있다. 상관된 더블 샘플링이란 제1 디지털 데이터와 제2 디지터 데이터 간의 차를 구하는 것을 의미할 수 있다. 제1 디지털 데이터는 단위 화소를 리셋(reset)하였을 때의 단위 화소로부터 출력되는 제1 감지 신호를 디지털로 변환한 값일 수 있고, 제2 디지털 데이터는 외부의 영상 신호에 상응하여 단위 화소로부터 출력되는 제2 감지 신호를 디지털로 변환한 값일 수 있다.
예컨대, 아날로그 디지털 변환부(130)는 상관 더블 샘플링을 수행하는 CDS 처리부, 및 CDS 처리부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
예컨대, CDS 처리부는 스위치, 커패시터, 및 차동 증폭기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
예컨대, 아날로그-디지털 변환기는 램프 신호 발생기(ramp signal generator), 비교기(comparator) 및 카운터(Counter)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구현 가능하다.
아날로그 디지털 변환부(130)는 다크 영역의 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 액티브 영역의 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성할 수 있다.
메모리부(140)는 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들을 저장하고, 칼럼 스캐너(150)의 제어 신호들(C1 내지 Cm)에 기초하여, 저장된 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들을 순차적으로 디지털 신호 처리부(180)로 전송한다.
예컨대, 메모리부(140)는 복수의 래치들(Latches) 또는 복수의 커패시터들(capacitors)을 포함하도록 구현될 수 있다.
칼럼 스캐너(150)는 제어부(110)로부터 제공되는 제어 신호(CS)에 기초하여, 메모리부(140)를 제어하는 제어 신호들(C1 내지 Cm)을 출력할 수 있다. 칼럼 스캐너(150)로부터 제공되는 제어 신호들(C1 내지 Cm)에 의하여 메모리부(140)에 저장된 다크 픽셀 데이터 코드 및 액티브 픽셀 데이터 코드는 리드(read)되어 디지털 신호 처리부(160)로 전송될 수 있다.
디지털 신호 처리부(160)는 메모리 저장부(140)로부터 제공되는 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들에 대하여 디지털 신호 처리를 수행한다.
디지털 신호 처리부(160)는 액티브 픽셀 데이터 코드와 기준 코드를 비교한 결과에 기초하여, 보정 픽셀 데이터 코드 및 기준 코드 중 어느 하나를 보정된 결과로 출력한다. 보정 픽셀 데이터 코드는 최종 오프셋에 기초하여 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 코드이다.
도 1에서 디지털 신호 처리부(160)는 제어부(110)와 별도로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서 제어부(110)는 디지털 신호 처리부(160)를 포함할 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이부(120)의 일 실시 예(120-1)를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 픽셀 어레이부(120-1)는 액티브 픽셀 영역(205), 제1 다크 영역(212), 및 제2 다크 영역(222)을 포함한다.
제1 다크 영역(212)은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 상측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서 제1 다크 영역은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 하측에 위치할 수도 있다.
제2 다크 영역(222)은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 좌측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 아니며, 다른 실시 예에서 제2 다크 영역은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 우측에 위치할 수도 있다.
액티브 픽셀 영역(205)은 포토 리셉터, 예컨대, 포토 다이오드(photodiode)의 광전변환 특성을 이용하여 입사광을 전기적 신호로 변환하는 복수의 제1 픽셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀들(이하 "액티브 픽셀들"이라 한다)을 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 및 제2 다크 영역들(212, 222) 각각은 빛이 입사되는 것이 차단되는 영역일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 다크 영역들(212,222) 각각은 금속 또는 반사막 등에 의하여 광이 차단되도록 쉴드(shield)되는 영역일 수 있다.
예컨대, 제1 다크 영역(212)은 복수의 픽셀들(이하 "제1 다크 픽셀들(dark pixels)이라 한다)을 포함할 수 있으며, 복수의 제1 다크 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 또한 제2 다크 영역(222)은 복수의 픽셀들(이하 "제2 다크 픽셀들"이라 한다)을 포함할 수 있으며, 제2 다크 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 다크 영역(212)의 각 칼럼은 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼들 중 대응하는 어느 하나에 대응 또는 정렬될 수 있다. 또한 제2 다크 영역(222)의 각 로우는 제1 다크 영역(212) 및 액티브 픽셀 영역(205)의 로우들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있다.
다른 실시 예에서는 제2 다크 영역의 각 로우는 액티브 픽셀 영역의 로우들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있고, 제1 다크 영역의 각 칼럼은 액티브 픽셀 영역 및 제2 다크 영역의 칼럼들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이부(120)의 다른 실시 예(120-2)를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 픽셀 어레이부(120-2)는 액티브 픽셀 영역(205), 액티브 픽셀 영역(205)의 상측 및 하측에 배치되는 제1 다크 영역(212a, 212b), 및 액티브 픽셀 영역(205)의 좌측 및 우측에 배치되는 제2 다크 영역(222a, 222b)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 제1 및 제2 다크 영역들(212a,212b,222a,222b)과 액티브 픽셀 영역 사이에 배치되는 더미 픽셀 영역을 더 포함할 수도 있다.
도 4는 도 1에 도시된 아날로그 디지털 변환부(130) 및 메모리부(140)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 아날로그 디지털 변환부(130)는 아날로그 신호인 감지 신호(A1)를 수신하고, 수신된 아날로그 신호의 레벨에 기초하는 디지털 데이터(Dig)를 출력할 수 있다.
아날로그 디지털 변환부(130)는 (m+n) 비트(bit)의 디지털 코드를 생성할 수 있다. n≥1 인 자연수일 수 있고, 0<m<1인 유리수(rational number)일 수 있다.
예컨대, n=10이고, m=0.3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
n은 픽셀 어레이부(120)로부터 제공되는 신호에 대한 아날로그 디지털 변환부의 디지털 해상도와 관련될 수 있다. 예컨대, 픽셀 어레이부(120)의 디지털 해상도의 풀 코드(full code) 값을 1024로 설정하면, n=10일 수 있다.
m은 다크 영역으로부터 제공되는 아날로그 신호에 대응하는 디지털 코드의 값에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, n=10이고, 다크 영역에 대응한 디지털 코드의 값이 1 ~ 36인 범위 내에 존재할 경우, m은 0.3일 수 있다.
아날로그 디지털 변환부(130)로부터 생성되는 디지털 코드(Dig)는 2(n+m) 개의 2진 코드들(codes), 예컨대, 그레이(Gray) 코드로 표현될 수 있다. 예컨대, n=10이고, m=0.3일 때, 디지털 코드(Dig)는 1260개의 코드들을 가질 수 있으며, 디지털 코드(Dig)의 풀 코드(Full-code)의 값은 1260일 수 있다.
(n+m) 비트의 2진 코드(codes)로 표현되는 디지털 코드(Dig), 예컨대, 액티브 픽셀 데이터 코드를 저장하기 위하여 메모리부(140)는 (n+1) 비트의 단위 저장 공간들을 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리부(140)의 하나의 단위 저장 공간에는 아날로그 디지털 변환부(130)에서 생성되는 하나의 디지털 코드(Dig)가 저장될 수 있다.
예컨대, 메모리부(140)는 하나의 액티브 픽셀 데이터 코드의 저장을 위하여 (n+1) 비트의 저장 공간을 제공하는 라인 메모리일 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 디지털 신호 처리부(160)의 일 실시 예에 따른 구성도이다.
도 5를 참조하면, 디지털 신호 처리부(110)는 오프셋 추출부(114), 및 보정부(116)를 포함할 수 있다.
오프셋 추출부(114)는 다크 영역의 다크 픽셀들의 데이터 코드들(이하 "다크 픽셀 데이터 코드"이라 한다)을 이용하여 오프셋을 추출한다.
예컨대, 오프셋 추출부(114)는 도 2 또는 도 3에 도시된 다크 영역(212, 212a, 212b, 222, 222a, 222b)의 출력(SD)에 기초하여 다크 레벨 보상을 위한 최종 오프셋(SF)을 추출할 수 있다.
예컨대, 오프셋 추출부(114)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 출력(SC), 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 제2 출력(SR) 중 적어도 하나에 기초하여, 다크 레벨 보상을 위한 최종 오프셋(SF)을 추출할 수 있다.
오프셋 추출부(114)는 광학적 영상과 상관없이 발생하는 픽셀 어레이부(120)의 암전류에 기인한 노이즈를 제거하기 위한 오프셋을 추출하기 위하여 빛이 차단된 제1 및 제2 다크 영역들의 다크 픽셀 데이터 코드를 추출하고, 추출된 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 다크 레벨 보상을 위한 최종 오프셋(SF)을 추출할 수 있다.
오프셋 추출부(114)는 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 칼럼별 다크 오프셋(SC2), 글로벌 다크 오프셋(SG), 로우별 평균치(SR2), 및 로우별 노이즈 값(RN)을 추출하고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋(SC2), 글로벌 다크 오프셋(SG), 로우별 평균치(SR2), 및/또는 로우별 노이즈 값(RN) 중 적어도 하나를 이용하여 최종 오프셋(SF)을 추출할 수 있다.
칼럼별 다크 오프셋(SC2), 글로벌 다크 오프셋(SG), 로우별 평균치(SR2), 및 로우별 노이즈 값(RN)에 대한 정의는 도 6에서의 설명이 적용될 수 있다.
예컨대, 오프셋 추출부(114)는 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 로우별 평균치, 및 로우별 노이즈 값을 추출할 수 있고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋 및 글로벌 다크 오프셋 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 결과와 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 따라 상기 최종 오프셋을 추출할 수 있다.
예컨대, 제어부(110)에 의하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 다크 픽셀들을 구동하고, 구동된 결과에 따라 획득된 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 칼럼별 다크 오프셋(SC) 및 글로벌 다크 오프셋(SG)을 추출할 수 있다.
또한 예컨대, 제1 다크 영역에 대한 구동 완료 후 제어부(110)에 의하여 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 제2 다크 픽셀들을 구동하고, 구동된 결과에 따라 획득된 제2 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 로우별 노이즈 값(RN)을 추출할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 오프셋 추출부(114)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 오프셋 추출부(114)는 제1 오프셋 추출부(501), 제2 오프셋 추출부(502), 및 연산부(503)를 포함할 수 있다.
제1 오프셋 추출부(501)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 출력(SC)에 기초하여, 칼럼별 다크 오프셋, 및 글로벌 다크 오프셋을 추출하고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋 및 글로벌 다크 오프셋 중 어느 하나를 선택하여 출력할 수 있다.
제1 오프셋 추출부(501)는 제1 필터(210), 제1 평균치 추출부(220), 데이터 저장부(230), 제2 평균치 추출부(240), 및 선택부(250)를 포함할 수 있다.
제1 필터(210)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 다크 픽셀들의 출력(SC)을 필터링하고, 필터링한 결과에 따라 제1 다크 픽셀들의 출력(SC)에서 이상치를 제거하고, 이상치가 제거된 결과에 따른 출력(SC1)을 출력할 수 있다.
제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)은 결함(defect)을 갖는 제1 다크 픽셀을 포함할 수 있으며, 이러한 결함에 의하여 비정상적인 출력, 이상치가 발생할 수 있다. 예컨대, 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)은 결함(예컨대, white defect)으로 인하여 비정상적으로 출력 값이 큰 제1 다크 픽셀, 또는 결함(예컨대, black defect)으로 인하여 비정상적으로 출력 값이 작은 제1 다크 픽셀을 포함할 수 있다. 이러한 결함은 반도체 공정에서 발생하는 불량일 수 있다.
여기서 이상치는 기설정된 범위 밖의 값일 수 있고, 기설정된 범위는 하한치 및 상한치를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 필터(210)는 제1 다크 픽셀들의 출력(SC)에서 하한치 미만의 값 또는 상한치 초과의 값을 제거할 수 있다.
제1 필터(210)는 결함에 의한 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 비정상적인 출력(예컨대, 이상치)를 제거하는 역할을 할 수 있다. 제1 필터(210)는 이상치 제거 필터(outlier removal filter) 등으로 구현될 수 있다. 제1 필터(210)에 의하여 불량 픽셀의 출력을 제거함으로써 다크 레벨 보상의 정확도를 향상시킬 수 있다. 다른 실시 예에서는 제1 필터(210)가 생략될 수 있다.
제1 평균치 추출부(220)는 제1 필터(210)의 출력(SC1)을 이용하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼의 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SC2)를 추출한다.
데이터 저장부(230)는 추출된 평균치(SC2)를 저장한다. 제1 필터(210)가 생략될 경우에는 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 각 칼럼의 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SC2)를 추출할 수 있다. 이하, 각 칼럼의 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SC2)를 "칼럼별 다크 오프셋"이라 한다.
제1 평균치 추출부(220)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들을 가중 평균한 결과에 따라 칼럼별 다크 오프셋을 추출할 수 있다.
제1 평균치 추출부(220)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치와 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력을 가중 평균한 결과에 따라 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출할 수 있다.
예컨대, 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출할 때, 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력보다 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치에 더 큰 가중치를 줄 수 있다.
현재 프레임의 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼의 제1 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치는 이전 프레임의 각 칼럼의 마지막 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치일 수 있다.
데이터 저장부(230)는 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 번째의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치를 저장할 수 있다.
제2 평균치 추출부(240)는 제1 필터(210)의 출력을 이용하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)에 속하는 모든 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SG)를 추출한다. 예컨대, 제2 평균치 추출부(240)는 제1 필터에 의하여 이상치가 제거된 어느 한 프레임의 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)에 속하는 모든 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SG)를 추출할 수 있다. 이하, 제2 평균치 추출부(240)에 의하여 출력된 평균치(SG)를 "글로벌 다크 오프셋(Global Dark offset value)이라 한다.
제1 필터(210) 생략될 경우에는 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 평균치(SG)를 추출할 수도 있다.
선택부(250)는 기설정된 동작 조건에 기초하여, 칼럼별 다크 오프셋(SC2) 및 글로벌 다크 오프셋(SG) 중 어느 하나를 선택하여 출력한다.
여기서 기설정된 동작 조건은 이미지 센서의 주위 환경의 조도, 및 주위 환경의 온도일 수 있다.
예컨대, 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도 이상인 고조도일 때에는 선택부(250)는 글로벌 다크 오프셋(SG)을 선택하여 출력할 수 있다. 이는 고조도 환경에서는 감지되는 신호 성분이 크기 때문에, 칼럼 고정 패턴 노이즈에 영향이 적을 수 있기 때문이다. 이 경우 적어도 제1 평균치 추출부(220)를 오프시킬 수 있으므로 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한 주위 환경의 온도가 기설정된 온도보다 높은 고온일 경우에는 암전류의 변동(variation)이 크고, 이로 인하여 추정된 칼럼 고정 패턴 노이즈의 에러가 커질 수 있기 때문에, 선택부(250)는 글로벌 다크 오프셋(SG)을 선택하여 출력할 수 있다.
반면에, 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도를 초과하지 않고, 주위 환경의 온도가 기설정된 온도를 초과하지 않는 경우에는 칼럼 고정 패턴 노이즈를 추정하여 이를 제거하는 효과를 충분히 얻을 수 있기 때문에, 선택부(250)는 칼럼별 다크 오프셋(SC2)을 선택하여 출력할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 제1 오프셋 추출부는 상술한 제1 필터(210)가 생략될 수 있으며, 제1 평균치 추출부(220)는 제1 필터(210))의 출력(SC1)이 아닌 제1 다크 픽셀들의 출력들(SC)을 이용하여 평균치(SC2)를 추출할 수 있고, 제2 평균치 추출부(240)는 제1 필터(210))의 출력(SC1)이 아닌 제1 다크 픽셀들의 출력들(SC)을 이용하여 글로벌 다크 오프셋(SG)을 추출할 수 있다.
제2 오프셋 추출부(502)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 출력(SR)에 기초하여, 로우별 평균치를 추출하고, 추출된 로우별 평균치에서 글로벌 다크 오프셋(SG)을 뺀 결과에 따라 로우별 노이즈 값을 추출한다.
제2 오프셋 추출부(502)는 제2 필터(260), 제3 평균치 추출부(270), 및 감산부(280)를 포함할 수 있다.
제2 필터(260)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들을 중간값으로 필터링한다. 예컨대, 제2 필터(260)는 중간값 필터(Median Filter)일 수 있다.
예컨대, 제2 필터(260)는 각 로우(row)의 어느 한 제2 다크 픽셀에 인접하는 2개 이상의 제2 다크 픽셀들의 출력들 중에서 중간값을 선택하여, 상기 어느 한 제2 다크 픽셀의 출력 값(SR1)으로 출력할 수 있다.
예컨대, 제2 필터(260)는 각 로우(row)의 어느 한 제2 다크 픽셀(예컨대, X[1])의 출력(예컨대, Y1)을 아래와 같이 출력할 수 있다.
예컨대, 상기 어느 한 제2 다크 픽셀(예컨대, X[1]) 및 이에 인접하는 2개의 제2 다크 픽셀들(예컨대, X[2],X[3])의 출력들(X[1]=1, X[2]=2, X[3]=3) 중에서 중간값(예컨대, 2)을 추출하고, 추출된 중간값(예컨대, 2)을 상기 어느 한 다크 픽셀(예컨대, X[1])의 출력으로 변경할 수 있다. 이때 선택되는 인접하는 제2 다크 픽셀들의 개수는 2개 이상일 수 있다.
제2 필터(260)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들 중에서 이상치를 제거함과 동시에 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 평균을 보존하는 효과가 있다.
즉 제2 필터(260)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들에 포함되는 무작위 잡음을 제거하는 역할을 할 수 있다.
제3 평균치 추출부(270)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들에 대한 제2 필터(260)의 출력(SR1)의 로우별 평균치(SR2)를 추출한다.
예컨대, 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들(SR1)은 제2 필터(260)에 의하여 중간값 필터링될 수 있고, 중간값 필터링된 결과에 따라 중간값들(SR1)로 변경될 수 있고, 제3 평균치 추출부(270)는 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 중간값들(SR1)의 로우별 평균치(SR2)를 추출할 수 있다. 따라서 제3 평균치 추출부(270)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 로우들 각각에 대응하는 로우별 평균치(SR2)를 추출할 수 있다.
다른 실시 예에서 제2 필터(260)는 생략될 수 있다. 제2 필터(260)가 생략된 경우에는 제3 평균치 추출부(270)는 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들(SR1)을 이용하여 로우별 평균치(SR2)를 추출할 수 있다.
감산부(280)는 로우별 평균치(SR2)에서 글로벌 다크 오프셋(SG)을 뺀 결과에 따른 로우별 노이즈 값(RN=SR2 - SG)을 추출한다.
연산부(503)는 선택부(250)의 출력(SC2 또는 SG) 및 로우별 노이즈 값(RN)을 연산하고, 연산된 결과에 따른 최종 오프셋(SF)을 출력한다.
예컨대, 연산부(503)는 선택부(250)의 출력(SC2 또는 SG) 및 로우별 노이즈 값(RN)을 합산하고, 합산된 결과에 따른 최종 오프셋(SF)을 출력할 수 있다.
예컨대, 동작 조건에 따른 선택부(250)의 출력에 따라, 최종 오프셋(SF)은 칼럼별 다크 오프셋(SC2) 및 로우별 노이즈 값(RN)의 합이거나, 또는 글로벌 다크 오프셋(SG) 및 로우별 노이즈 값(RN)의 합일 수 있다.
예컨대, 선택부(250)의 출력이 글로벌 다크 오프셋(SG)일 경우에 최종 오프셋(SF)은 제3 평균치 추출부(270)의 출력(SR2)이 될 수 있다.
보정부(116)는 액티브 픽셀 영역(205)의 로_데이터(raw data)(D_raw, 이하 "액티브 픽셀 데이터 코드"라 한다.)을 판독하여 기준 코드와 비교한다.
액티브 픽셀 데이터 코드가 기준 코드(Sk)보다 큰 경우에 보정부(116)는 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 픽셀 데이터 코드를 기준 코드(Sk)로 변환하여 출력한다.
예컨대, 기준 코드(Sk)는 픽셀 어레이부(120)의 출력에 대한 아날로그-디지털 변환의 해상도의 풀 코드(full code)일 수 있다.
예컨대, 기준 코드(Sk)는 아날로그 디지털 변환부(130)의 아날로그-디지털 변화의 해상도의 풀 코드일 수 있다.
예컨대, 기준 코드(Sk)는 2n인 코드값을 가질 수 있고, n=10일 때, 기준 코드(Sk)의 값은 1024일 수 있다.
액티브 픽셀 데이터 코드가 기준 코드보다 작거나 같은 경우에 보정부(116)는 최종 오프셋(SF)에 기초하여, 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하고 보정된 결과에 따라 노이즈가 제거된 액티브 픽셀 데이터 코드(SM, 이하 "보정 픽셀 데이터 코드"이라 한다)를 출력한다.
여기서 액티브 데이터 코드는 액티브 픽셀 영역(205)의 출력들이 아날로그 디지털 변환부(130)에 의하여 아날로그-디지털 변환된 결과에 따른 데이터 코드일 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 보정부(116)의 일 실시 예에 따른 구성도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 보정부(116)는 비교부(610), 코드 변환부(620), 및 오프셋 보정부(620)를 포함한다.
비교부(610)는 메모리부(140)에 저장된 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)를 판독하고, 판독된 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)와 기준 코드(Sk)를 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 신호(Cs1), 및 제2 신호(Cs2)를 출력한다.
비교부(610)는 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)가 기준 코드(Sk)보다 큰 경우(D_raw>Sk), 제1 신호(Cs1)를 출력하거나, 제1 신호(Cs1)를 인에이블시킨다.
비교부(620)는 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)가 기준 코드(Sk)보다 작거나 같은 경우(D_raw≤Sk), 제2 신호(Cs1)를 출력하거나, 또는 제2 신호(Cs2)를 인에이블시킨다.
코드 변환부(620)는 메모리부(140)로부터 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)를 수신하고, 제1 신호(Cs1)에 기초하여 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)를 기준 코드(Sk)로 변환하여 출력한다.
D_raw>Sk일 때, 보정부(116)는 오프셋 보정 동작을 수행하지 않고, 코드 변환부(620)의 출력인 기준 코드(Sk)를 액티브 픽셀들 각각의 보정 픽셀 데이터 코드로 출력한다. 이로 인하여 칼럼 고정 패턴 노이즈(Column Fixed Pattern Noise, CFPN)가 제거될 수 있다.
오프셋 보정부(630)는 메모리부(140)로부터 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)를 수신하고, 제2 신호(Cs2)에 기초하여 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)를 보정하고 보정된 결과를 출력한다.
예컨대, 오프셋 보정부(630)는 최종 오프셋(SF)을 이용하여 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)를 보정할 수 있다.
D_raw≤Sk일 때, 보정부(116)는 오프셋 보정부(630)에 의하여 오프셋 보정 동작을 수행하고, 보정된 결과를 출력한다. 예컨대, 보정부(116)는 액티브 픽셀 데이터 코드(D_raw)에서 최종 오프셋을 뺀 값을 보정 픽셀 데이터 코드로 출력할 수 있다.
일반적으로 다크 오프셋에 기초하여 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하면 칼럼 고정 패턴 노이즈를 제거할 수 있다. 그러나 밝은 피사체에 의하여 이미지 센서의 화면이 포화되는 영역에서는 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생될 수 있다.
도 8은 피사체의 밝은 영역에 대한 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생되는 원인을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8을 참조하면, 메모리부(140)는 다크 픽셀 데이터 코드들을 저장하는 제1 메모리 영역(141), 및 액티브 픽셀 데이터 코드들을 저장하는 제2 메모리 영역(142)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 칼럼들(COL1 내지 COL4)의 다크 픽셀들에 관한 다크 픽셀 데이터 코드들(code1 내지 code4)은 메모리부(140)의 제1 메모리 영역(141)에 저장될 수 있다. 칼럼별로 독립적인 오프셋에 의하여 다크 픽셀 데이터 코드들(code1 내지 code4)은 서로 독립적이고 다른 값을 가질 수 있고, 이로 인하여 칼럼들의 최종 오프셋들은 서로 다른 값을 가질 수 있다.
피사체의 밝은 영역을 감지한 이미지 센서의 복수 개의 칼럼들에 속하는 액티브 픽셀들의 액티브 픽셀 데이터 코드는 풀 코드(F-code)일 수 있고, 제2 메모리 영역(142)에 저장될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 피사체의 밝은 영역에 대한 액티브 픽셀 데이터 코드들은 칼럼별 오프셋이 사라진다.
다크 픽셀의 다크 픽셀 데이터 코드는 평균이 수십(예컨대, 10 ~ 90) 정도의 코드값을 가질 수 있고, 이 값이 칼럼 별로 편차를 가질 수 있다.
결국 액티브 픽셀 데이터 코드와 다크 픽셀 데이터 코드의 차이는 풀 코드에 도달하지 못하고, 액티브 픽셀 데이터 코드에서 다크 픽셀 데이터 코드(또는 최종 오프셋)를 빼는 오프셋 보정을 하더라도 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생될 수 있다.
실시 예는 n 비트의 해상도를 구현하기 위하여 (n+m) 비트의 해상도를 갖는 아날로그-디지털 변환기(130)를 구비한다.
실시 예는 액티브 픽셀의 액티브 픽셀 데이터 코드의 값이 n 비트의 해상도를 갖는 아날로그 디지털 변환부가 생성하는 풀 코드의 값을 초과하는 경우, 풀 코드를 초과하는 액티브 픽셀 데이터 코드를 풀 코드로 변환시킨다.
예컨대, 10.3 비트의 싱글 슬로프 아날로그-디지털 변환기의 경우, 액티브 픽셀의 풀 코드의 값은 1260이 되고, 다크 픽셀의 다크 픽셀 데이터 코드의 값은 평균이 수십(예컨대, 10 ~ 90) 정도이므로, 다크 픽셀 데이터 코드의 값이 칼럼별로 편차가 발생하더라도 오프셋 보정에 의하여 칼럼 고정 패턴 노이즈가 발생하지 않는다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 제어부 120: 픽셀 어레이부
130: 아날로그 디지털 변환부 140: 메모리부
150: 칼럼 스캐너 160: 디지털 신호 처리부
205: 액티브 픽셀 영역 212: 제1 다크 영역
222: 제2 다크 영역 610: 비교부
620: 코드 변환부 630: 오프셋 보정부.

Claims (20)

  1. 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 및 다크 픽셀들을 포함하는 다크 픽셀 영역을 포함하는 픽셀 어레이부;
    상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환부;
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하는 오프셋 추출부; 및
    상기 최종 오프셋 또는 기준 코드를 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 보정부를 포함하며,
    상기 보정부는,
    상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 작거나 같을 때에는 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 코드를 출력하고, 상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 클 때에는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력하고,
    상기 기준 코드는 상기 아날로그 디지털 변환부의 아날로그-디지털 변환에 관한 해상도의 풀 코드(full-code)인 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오프셋 추출부는,
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈를 추출하고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈 중 적어도 하나를 이용하여 상기 최종 오프셋을 추출하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오프셋 추출부는,
    상기 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도보다 크거나, 상기 이미지 센서의 주위 환경의 온도가 기설정된 온도보다 높을 때, 상기 추출된 글로벌 다크 오프셋을 선택하고,
    상기 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 상기 기설정된 조도보다 작거나 같고, 상기 이미지 센서의 주위 환경의 온도가 상기 기설정된 온도보다 작거나 같을 때, 상기 추출된 칼럼별 다크 오프셋을 선택하고,
    상기 글로벌 다크 오프셋과 상기 칼럼별 다크 오프셋 중 선택된 어느 하나와 상기 추출된 로우별 노이즈를 합산하고, 합산된 결과에 따른 상기 최종 오프셋을 출력하는 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 변환부는 (n+m) 비트의 디지털 코드를 생성하고,
    n>1인 자연수이고, 0<m<1인 유리수인 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 상기 다크 픽셀 데이터 코드 및 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 저장하는 메모리부를 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메모리부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드의 저장을 위하여 (n+1) 비트의 저장 공간을 제공하는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보정부는,
    상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 상기 기준 코드를 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 신호 및 제2 신호를 출력하는 비교부;
    상기 제1 신호에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력하는 코드 변환부; 및
    상기 제2 신호에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하고 보정된 결과를 출력하는 오프셋 보정부를 포함하는 이미지 센서.
  10. 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 및 다크 픽셀들을 포함하는 다크 픽셀 영역을 포함하는 픽셀 어레이부;
    상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환부;
    상기 아날로그 디지털 변환부로부터 출력되는 상기 다크 픽셀 데이터 코드 및 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 저장하는 메모리부; 및
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하고, 상기 최종 오프셋 또는 기준 코드를 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 디지털 신호 처리부를 포함하고,
    상기 디지털 신호 처리부는,
    상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 작거나 같을 때에는 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 코드를 출력하고, 상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 클 때에는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력하고,
    상기 기준 코드는 상기 아날로그 디지털 변환부의 아날로그-디지털 변환에 관한 해상도의 풀 코드(full-code)인 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메모리부를 제어하는 제어 신호들을 생성하는 칼럼 스캐너를 더 포함하고,
    상기 칼럼 스캐너의 제어 신호들에 기초하여, 상기 메모리부에 저장된 액티브 픽셀 데이터 코드 및 다크 픽셀 데이터 코드는 상기 디지털 신호 처리부로 전송되는 이미지 센서.
  12. 제10항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는,
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 상기 최종 오프셋을 추출하는 오프셋 추출부; 및
    상기 최종 오프셋 또는 상기 기준 코드를 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 보정부를 포함하는 이미지 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 오프셋 추출부는,
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈를 추출하고,
    상기 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도보다 크거나, 상기 이미지 센서의 주위 환경의 온도가 기설정된 온도보다 높을 때, 상기 추출된 글로벌 다크 오프셋을 선택하고,
    상기 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 상기 기설정된 조도보다 작거나 같고, 상기 이미지 센서의 주위 환경의 온도가 상기 기설정된 온도보다 작거나 같을 때, 상기 추출된 칼럼별 다크 오프셋을 선택하고,
    상기 글로벌 다크 오프셋과 상기 칼럼별 다크 오프셋 중 선택된 어느 하나와 상기 추출된 로우별 노이즈를 합산하고, 합산된 결과에 따른 상기 최종 오프셋을 출력하는 이미지 센서.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 변환부는 (n+m) 비트의 디지털 코드를 생성하고,
    n>1인 자연수이고, 0<m<1인 유리수인 이미지 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 메모리부는 상기 액티브 픽셀 데이터 코드의 저장을 위하여 (n+1) 비트의 저장 공간을 제공하는 이미지 센서.
  16. 제12항에 있어서, 상기 보정부는,
    상기 액티브 픽셀 데이터 코드와 상기 기준 코드를 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 신호 및 제2 신호를 출력하는 비교부;
    상기 제1 신호에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력하는 코드 변환부; 및
    상기 제2 신호에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하고 보정된 결과를 출력하는 오프셋 보정부를 포함하는 이미지 센서
  17. 액티브 픽셀들, 및 다크 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이부를 포함하는 이미지 센서의 센싱 방법에 있어서,
    상기 다크 픽셀들에 대한 출력들, 및 상기 액티브 픽셀들에 대한 출력들을 획득하는 단계;
    상기 다크 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 다크 픽셀 데이터 코드를 생성하고, 상기 액티브 픽셀들의 출력을 아날로그-디지털 변환한 결과에 따른 액티브 픽셀 데이터 코드를 생성하는 아날로그 디지털 변환 단계;
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 최종 오프셋을 추출하는 추출 단계; 및
    상기 최종 오프셋 또는 기준 코드를 이용하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정하는 보정 단계를 포함하며,
    상기 보정 단계는,
    상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 작거나 같을 때, 상기 최종 오프셋에 기초하여 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 보정한 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 코드를 출력하는 단계; 및
    상기 액티브 픽셀 데이터 코드가 상기 기준 코드보다 클 때, 상기 액티브 픽셀 데이터 코드를 상기 기준 코드로 변환하여 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 기준 코드는 상기 아날로그 디지털 변환부의 아날로그-디지털 변환에 관한 해상도의 풀 코드(full-code)인 이미지 센서의 센싱 방법
  18. 제17항에 있어서,
    상기 최종 오프셋을 추출하는 추출 단계는,
    상기 다크 픽셀 데이터 코드를 이용하여 칼럼별 다크 오프셋, 글로벌 다크 오프셋, 및 로우별 노이즈를 추출하는 단계;
    상기 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도보다 크거나 상기 이미지 센서의 주위 환경의 온도가 기설정된 온도보다 높을 때, 상기 추출된 글로벌 다크 오프셋을 선택하고, 상기 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 상기 기설정된 조도보다 작거나 같고 상기 이미지 센서의 주위 환경의 온도가 상기 기설정된 온도보다 작거나 같을 때, 상기 추출된 칼럼별 다크 오프셋을 선택하는 단계; 및
    상기 글로벌 다크 오프셋과 상기 칼럼별 다크 오프셋 중 선택된 어느 하나와 상기 추출된 로우별 노이즈를 합산하고, 합산된 결과에 따른 상기 최종 오프셋을 출력하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 센싱 방법.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 변환 단계는 (n+m) 비트의 디지털 코드를 생성하고, n>1인 자연수이고, 0<m<1인 유리수인 이미지 센서의 센싱 방법.
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