KR19990021911A - 이미지 정보의 리딩및 프로세싱을 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판상에 필수적으로 형성되어 매트릭스형태로 배열된 센서소자를 포함하는 이미지정보의 입력및 처리를 위한 장치에 관한 것이다. 상기 센서소자는 상기 광도전셀상에 발생되는 광학적인 신호를 전기적인 신호로 변환하기 위해 채택되어 출력장치(3)및 적어도 하나의 광도전셀(PD,R2)을 포함한다. 본 발명에 따른 장치는 각 센서소자는 상기 센서소자의 일부를 형성하는 상기 출력장치내에서 오프셋 에러의 보상을 수행하도록 채택되고, 각 센서소자는 상기 장치내에서 상기 다른 센서소자와 독립적으로 상기 오프셋보상을 수행하도록 채택되는 것을 특징으로 한다.

Description

이미지 정보의 리딩및 프로세싱을 위한 장치
집적회로의 형태를 취하는 이차원의 이미지센서는 이미지 프로세싱에 사용되어 진다. 각 이차원의 이미지센서는 예를 들어 256×256 센서소자와 같은 많은 센서소자를 포함하는데, 이들은 집적회로와 같이 설계를 용이하게 하기 위하여 작은 공간을 차지하도록 하여야 한다. 각 센서소자는 광학신호를 추가적인 프로세싱에 적합한 전기신호로 변환시키는 검출부를 포함한다. 컴팩트한 이미지센서를 달성하기 위해 검출부가 가능한한 작은 공간을 차지하는 것이 중요하고, 반면에 동시에 신뢰할만한 결과를 도출해내야 한다.
CCD센서가 비증폭되고 비보상된 이미지소자값을 주로 증폭과 보상이 수행되는 공통의 직렬 출력단에 전달하고, 주로 증폭과 보상이 수행되는 CCD카메라에서 이미지소자의 보상을 위한 장치는 이미 US-A-4 875 098에 공지되어 있다. 그러나 어떠한 응용에서 모든 이미지 포인트에서 이미지의 보상과 병렬출력에 대한 필요성이 존재하는데, 이러한 문제는 상기 장치에 의해 해결되지 않는다.
각 센서소자에서 광도전셀과 출력장치를 결합하는 장치는 이미 A. Dickinson, B.Acklnd, El-Sayed Eid ,D. Inglis,와 E.Fossum이 발표한 멀티미디어 응용을 위한 표준 CMOS 능동 픽셀 이미지센서 의 회의논문에서 공지되었는데, 이것은 3월 27일부터 29일까지 노스 캐롤라이나 챠펠힐의 VLSI에서 진보된 연구를 16차 회의에서 발표되어 졌다. 이러한 공지된 장치에서의 문제점은 구성하는 전기소자에서 편차가 소위 말하는 오프셋 에러를 일으킨다는 것인데, 이것은 출력이미지에서 그 자체를 고정된 패턴으로 나타내는 것이다. 상기 오프셋 에러는 원주의 특성보상장치에서 반작용되어 지는데, 이것은 이미지가 오프셋 특성보상이 수행될 수 있기 전에 센서소자로부터 이동되어야 한다는 것을 의미한다. 어떠한 응용에서, 예를 들어 센서소자에서 프로세서 커패시터가 존재하는 곳에서, 이러한 트랜스퍼(transfer)는 문제점을 발생시킨다.
본 발명은 기판상에 필수적으로 형성되어 매트릭스형태로 배열된 센서 소자를 포함하는 이미지정보의 입력및 처리를 위한 장치에 관한 것이다. 각 센서 소자는 출력 장치및 광도전셀을 포함하고, 광도전셀에서 발생되는 광학신호를 전기신호로 변환시키기 위해 채택된다.
도 1은 본 발명에 따른 센서소자의 제 1실시예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서소자의 제 2실시예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 센서소자의 제 3실시예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 센서소자의 제 4실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 센서소자의 제 5실시예를 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명에 따른 센서소자의 제 6실시예를 나타낸 것이다.
본 발명의 목적은 이미지정보의 입력및 처리를 위한 장치를 제공하는데 있으며, 이러한 장치는 출력 이미지에서의 오프셋에 기인한 방해현상의 발생을 줄인다.
이러한 목적은 본 발명에 따른 장치에 의해 달성될 수 있는데, 이 장치는 매트릭스형태로 배열된 센서소자를 포함한다. 본 발명에 따른 장치에서 각 센서소자는 센서소자의 일부를 형성하는 출력장치내에서 오프셋에러의 보상이 센서소자내에서 수행되어 지도록 채택되어 진다. 상기 오프셋 보상은 다른 제어신호가 여러가지 센서소자에 사용되어 지는 경우에 상기 장치내에서 다른 센서소자와 독립적으로 각 센서소자내에서 수행된다.
본 발명에 따른 센서소자를 설계하므로써 오프셋보상은 비교적 작은 수의 소자를 사용하여 센서소자내에서 국부적으로 수행되어질 수 있다.
본 발명은 매트릭스형태로 배열된 소정의 센서소자의 일부를 형성하는 센서소자내에서 오프셋 보상에 관한 것이다. 모든 센서소자는 기판상에 필수적으로 형성되고 각각은 예를 들어 증폭기 또는 컴퍼레이터같은 출력장치및 광도전셀을 포함한다. 각 센서소자내 출력장치내에서 오프셋과 다른 출력장치에서 오프셋 에러사이의 편차 때문에 각 센서소자는 센서소자내에서 국부적인 오프셋 보상을 위해 채택되어진다. 각 센서소자를 위해 다른 제어신호들이 사용된다면, 하나의 센서소자내에서 오프셋 보상은 배열면에서 다른 센서소자내에 오프셋보상과 독립적으로 수행되어질 수 있다. 상기 보상은 상호 관련된 이중 샘플링에 기초를 두고 있다. 공지된 보상값의 샘플링은 제 1보상단계에서 먼저 수행되고, 그 다음에 이미지정보 입력단계에서 공지되지 않은 값의 샘플링이 수행된다. 도 1에서 도 6까지 도시된 센서소자의 실시예에서 공지된 값은 출력장치의 값이 출력되었을때 리셋 스위치와 공지되지 않은 값을 가지고 샘플된다. 이러한 값들은 모두 여기에서 오프셋으로 알려진 일정한 에러를 가진다. 상기 공지된 값및 공지되지 않은 값을 공제하므로서 일정한 에러는 제거될 수 있다.
이제 본 발명은 본 발명에 따른 센서소자의 많은 바람직한 실시예를 나타낸 도면을 참조하여 추가로 설명되어질 것이다.
도 1에서 나타낸 센서소자는 두개의 입력단을 가지는데, 이들중 하나는 제 1전환스위치를 경유하여 보상전압(Uth)을 커패시터(C)에 접속하고 다른 하나는 제 2전환스위치를 경유하여 기준 전압(Vref)을 동일한 커패시터(C)에 접속한다. 센서소자는 광다이오드(PD)를 추가로 포함하고, 그 캐소드는 예를 들어 접지와 같은 공지된 레퍼런스 레벨에 접속된다. 광다이오드의 애노드는 노드(N1)에서 출력장치및 상기 커패시터(C)에 접속된다. 도 1의 경우에 있어서, 출력장치는 두개의 캐스케이드-접속된 전계효과 트랜지스터(FET)및 전계효과 트랜지스터형태의 리셋 스위치(4)를 포함하는 컴퍼레이터(3)로 구성된다.
상기 도면에 도시된 두개의 다른 전압 레벨에 연결되도록 하여, 컴퍼레이터에서 오프셋회로의 보상은 센서소자내에서 이루어질 수 있다. 제 1보상단계에서 상기 리셋스위치(4)는 닫혀져 있고 보상전압(Uth)은 인가된다. 노드(N1)내에서 전하는 컴퍼레이터(3)의 오프셋에 의해 결정된다. 일단 커패시터(C)가 보상전압으로 충전되어지면, 이미지정보는 센서소자에 의해 습득될 수 있다. 이미지정보의 입력이 시작되기 전에 보상전압(Uth)은 차단되고 기준전압(Uth)은 인가된다. 노드(N1)내에 전하는 기준전압(Uref)과 보상전압(Uth)사이의 차에 비례하여 변화하는데, 이러한 차는 상기 기준전압및 보상전압의 선택을 통하여 정확하게 결정되어질 수 있다.
광다이오드가 조광되었을때, 이것은 조광강도에 비례하여 방전된다. 캐패시터(C)의 방전시간은 캐패시터를 통과하는 전류에 의해 좌우되고 일단 보상이 수행되면 단지 캐패시터(C)및 광다이오드(PD)의 정확성에 의존할 것이다. 커패시터(C)는 수동소자를 구성하기 때문에, 다른 센서소자에서 캐패시터들 사이의 편차는 최소화될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 센서소자의 제 2실시예를 나타낸 것이다. 이 센서소자는 보상전압(Uth)과 기준전압(Uref)이 스위치(S1)를 경유하여 광도전셀(PD)에 직접적으로 연결된다는 점에서 도 1에 도시된 센소소자와 다르다. 상기 광도전셀은 캐패시터(C)를 경유하여 출력장치에 용량적으로 연결되고, 이러한 경우에 상기 출력장치는 리셋 스위치(4)를 가진 컴퍼레이터(3)로 구성된다.
제 1보상단계에서 보상전압(Uth)은 인가되고, 이로서 노드(N2)에서 충전을 위한 초기상태를 설정한다. 보상전압(Uth)은 제 1전환스위치(1)를 닫으므로써 인가된다. 노드(N2)가 보상전압에 의존하는 초기조건을 달성한 후에, 이미지정보는 센서소자에 의해 습득되어질 수 있다. 이미지정보의 입력이 시작되기 전에 상기 전환스위치(1)는 보상전압(Uth)이 차단되도록 개방된다. 기준전압(Uth)은 짧은 시간간격동안 전환스위치(2)및 스위치(S1)가 닫혀지므로써 인가된다. 노드(N1)에서 전압은 보상전압(Uth)에서 기준전압(Uref)으로 변화되어 진다. 상기 전압변화는 캐패시터(C)에 의해 N2에 전송된다. 스위치(S1)가 개방될때, 노드(N1)에서 전하가 광다이오드를 통하여 광전류에 의해 방전된다. 노드(N1)에서 전압이 보상전압(Uth)으로 복귀할때 컴퍼레이터(3)는 스위치 오버된다. 방전시간은 오로지 광다이오드(PD)에 의한 영향만을 받게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 센서소자의 제 3실시예를 나타낸 것이다. 도시된 센서소자는 리셋 스위치(4)를 구비한 컴퍼레이터(3)및 광다이오드(PD)를 포함한다. 이 실시예의 사용은 광다이오드의 용량적인 특징으로 이루어지고, 이것은 도 1에 도시된 커패시터(C)를 제거 가능하게 한다. 도 1에 도시된 실시예와 동일한 방법으로 두개의 다른 전압레벨은 컴퍼레이터(3)에서 오프셋에러의 바람직한 제거를 발생하도록 사용되어 진다. 제 1보상단계에서 리셋스위치(4)는 닫혀지고 보상전압(Uth)이 인가된다. 노드(N1)에서 전하는 컴퍼레이터의 오프셋에 의해 결정되어 진다. 노드(N1)에서 바라는 충전이 이루어진다면, 보상전압(Uth)은 차단되고 기준전압(Uref)이 인가된다. 리셋스위치(4)는 개방되고 이미지정보의 입력이 가능하다. 노드(N1)에서 전하는 도 1에 도시된 실시예와 같이 △Q=(Uref-Uth)CPD에 의해 올바르게 수정되어 지고 그러므로 이러한 경우 광다이오드의 조광에 의해 발생되는 전하는 단지 광다이오드의 정확성에 의존한다. 광다이오드의 용량적인 특성을 사용하므로써 캐패시터(도 1에 따른)(C)는 제거될 수 있고, 이것은 공간을 줄이는 이점이 있다. 그러나, 도시된 오프셋 보상의 방법은 광다이오드에서 캐패시턴스가 상기 다이오드에 대한 전압에 독립적이지 않다는 점에 기인하여 도 1에서 도시된 실시예에서와 같은 완전한 오프셋보상을 부여하지 않는다.
도 4는 오프셋 보상을 허용하는 센서소자의 제 4실시예를 나타낸 것이다. 도시된 센서소자는 리셋스위치(4a,4b),캐패시터(C),를 가진 컴퍼레이터(5)및 광다이오드(PD)를 포함한다. 컴퍼레이터는 도1에서 도 3까지 관련하여 좀 더 먼저 묘사된 컴퍼레이터(3)에서 다소 변화한다. 그러나 오프셋 에러를 가진 문제점이 심지어 이러한 유형의 컴퍼레이터에도 존재한다. 제 1보상단계에서 센서소자내에 리셋스위치(4a,4b)는 닫혀지고 보상전압(Uth)은 인가된다. 노드(N1)및 노드(N2)에서 전하는 컴페레이터(5)의 전환포인트에 의해 결정되어 진다. 그런 다음 보상전압(Uth)은 차단되고 기준전압(Uref)은 인가된다. 리셋스위치는 개방되고 이미지정보를 입력하는 것이 가능하다. 노드(N2)에서 전하는 (Uref-Uth)C에 의해 올바르게 수정된다. 컴퍼레이터의 조건이 변화되기 위해서는 동등하게 큰 변화가 노드(N1)내에 컴퍼레이터의 제 2입력단에서 일어나야 한다. 이러한 변화는 광다이오드(PD)를 통하여 전류에 의해 제어되며, 보인 바와 같은 보상에 기인하여 컴퍼레이터(5)내의 어떠한 오프셋 에러에 의해 서도 영향을 받지 않게 된다.
도 5는 국부적인 오프셋 보상을 가진 센서소자의 추가적인 실시예를 나타낸 것이다. 도시된 센서소자에서 컴퍼레이터(5)와 같은 형은 도 4에 도시된 실시예에서 유사하게 사용되어 진다. 컴퍼레이터(5)에 추가하여, 센서소자는 리셋스위치(6), 캐패시터(C)및 광다이오드(PD)를 포함한다. 제 1보상단계는 이전의 실시예에서 묘사된 바와 같이 보상전압(Uth)의 연결에 의해 센서소자내에서 수행된다. 입력단계에서 리셋스위치(6)는 개방되고 짧은 시간간격을 두고 기준전압(Uref)이 인가된다. 그 순간에 노드(N1)에서 전하는 (Uref-Uth)CN1에 의해 올바르게 수정되며, CN1은 노드(N1)에서 의 전체 커패시턴스로서 이것은 전적으로 광다이오드(PD)의 캐패시턴스에 의존한다. 이러한 경우 방전시간은 광다이오드의 정확성에 의존한다.
마지막으로, 도 6에 도시된 센서소자에서 포토레지스터(R2)는 광학적인 정보를 전기적인 신호로 변환시키기 위해 사용되어 진다. 보상단계에서 리셋스위치(2)는 닫혀지고 기준전압(Uref)이 인가된다. 노드(N1)내에서 전하는 컴퍼레이터의 전환포인트에 의해 결정되는데, 그것은 오프셋이다. 이미지정보입력단계에서 리셋스위치는 개방되고 기준전압(Uref)은 차단된다. 노드(N1)내에 차지는 레지스터(R1)와 레지스터(R2)사이의 전압분할의 함수로서 바르게 수정되어 진다. 컴퍼레이터는 차지의 극성함수로 전환된다.
상술한 실시예는 국부적인 오프셋의 보상을 가진 몇몇 센서소자의 예를 나타낸 것이다. 그러나 본 발명은 묘사된 이들 실시예에 한정되지 않으며, 국부적인 오프셋 보상을 가진 다른 센서소자는 본 발명의 기술사상의 경계내에서 또한 가능할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 기판상에 형성되어 각각 출력장치및 적어도 하나의 광도전셀을 포함하고, 발생되는 광학적인 신호를 전기적인 신호로 변환하기 위해 채택되는, 매트릭스형태로 배열된 센서소자를 포함하는 이미지정보의 입력및 처리를 위한 장치에 있어서,
    각 센서소자는 상기 센서소자의 일부를 형성하는 상기 출력장치내에서 오프셋 에러의 보상을 수행하도록 채택되고,
    각 센서소자는 상기 장치내에서 상기 다른 센서소자와 독립적으로 상기 오프셋보상을 수행하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 이미지정보의 입력및 처리를 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서소자는 하나의 공지된 값및 공지되지 않은 값의 상호 관련된 이중 샘플링을 위해 채택되는 것을 특징으로 하는 이미지정보의 입력및 처리를 위한 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서소자는 상기 센서소자에 대한 두개의 다른 기준전압의 인가를 제어하기 위해 채택되어 지는 두개의 전환스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 정보의 입력및 처리를 위한 장치.
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