KR20010070240A - 능동 픽셀 센서 및 능동 픽셀 센서 회로 - Google Patents

능동 픽셀 센서 및 능동 픽셀 센서 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서브샘플링 및 서브샘플링 후에 모든 픽셀 셀을 리셋하는 능동 픽셀 센서의 구성에 관한 것이다. 일 실시예에서, 로직이 샘플된 행과 비샘플된 행 사이에 제공되어 샘플된 행이 리셋될 때 리셋 신호를 비샘플된 행에 전달한다. 또다른 실시예에서, 비샘플된 행의 리셋이 제어 로직에 의해 구현된다.

Description

능동 픽셀 센서 및 능동 픽셀 센서 회로{ACTIVE PIXEL SENSOR WITH ENHANCED RESET}
본 발명은 능동 픽셀 센서(Active Pixel Sensors : APS)에 관한 것으로, 특히 이러한 센서내의 픽셀 셀을 고속으로 완전히 리셋(reset)하는 것에 관한 것이다.
APS는 디지털 이미지 데이터를 포착하고 디지털 스틸 (still) 카메라, 디지털 영상 카메라 및 이미지 복사 장치 등에 흔히 사용된다. APS는 전형적으로 통상 광 다이오드로 지칭되는 감광 다이오드(photo-sensitive diode)를 각기 포함하는 다수의 픽셀 셀로 형성된다. 대표적인 APS 배열 사이즈는 352행 × 288열(CIF) 및 640행 × 480열(VGA)을 포함한다. 배열 밀도는 향후 증가될 것으로 기대된다.
이미지가 APS에 의해 포착되기 전에(즉, 화상화되기 전에), 계획된 이미지에 관한 화상 파라미터가 바람직하게 샘플되어 노출 및 초점 알고리즘에 관한 데이터를 얻는다. 이러한 알고리즘은 자동 초점, 백 밸런스(white balance), RGB 전압 등화(equalization), 노출 시간/이득 부스트(boost) 조절 등을 달성할 수 있다.
초기 화상 파라미터 설정은 전형적으로 픽셀이 계획된 이미지의 투사 빛에 노출되는 "샘플링(sampling)"이라고 지칭되는 과정에서 이루어진다. 그러나 각각의 픽셀을 판독하고 리셋하며 노출된 전압 수준과 리셋된 전압 수준(대표적으로 투사 빛의 세기) 사이의 차이를 계산하는데 필요한 시간이 길어서 불리하다. 이 지연 시간을 감소시키기 위해, "서브샘플링(sub-sampling)"이란 용어의 과정이 개발되었다.
서브샘플링에서, 배열의 미소 부분 또는 배열의 몇몇 소 부분이 초기 화상 파라미터 설정 동안에 노출되나, 전체 배열이 노출되지는 않는다. 정확한 센싱(sensing)을 위해 충분히 많은 픽셀을 노출하는 것과 처리 시간을 증가시키는 샘플된 픽셀의 수를 줄이는 것 사이의 절충(trade-off)이 이루어져야 한다.
예를 들어 취해진 서브샘플링 기술이 격행(alternate rows) 또는 격행의 그룹을 선택한다면, 이 절충안은 약간의 불리한 측면이 없는 것은 아니지만 효율적으로 달성될 수 있다. 이러한 불리한 측면중의 하나는 전체 배열의 리셋이 아닌 배열의 "부분(portion)"의 리셋이 상이한 리셋 값(누설 전류 및 부가 리셋 효과 등 때문에)을 갖는 픽셀을 발생시킨다는 것이다. 이것은 결과적으로 부정확한 APS 출력 신호 및 결과물인 이미지에 가공적 요소를 발생시킨다. 이 문제는 계획된 이미지가어두울 때 더욱 악화된다. 이 경우에, 오직 소량의 광 다이오드 방전이 발생하여, 리셋 값을 증가(부가 효과 때문에)시키고 샘플된 픽셀 셀과 비샘플된(non-sampled) 픽셀 셀의 리셋 값 사이의 차이를 더 크게 한다.
상이한 리셋 값의 문제를 완화시키는 한 가지 가능한 방법이 픽셀 행의 각각을 순차적으로 리셋하는 전체적인(global) 리셋 신호를 발생시키는 것이다. 순차적인 리셋이 바람직한데, 이는 동시 또는 평행 리셋이 다수의 동시 신호 변이로 인해 받아들일 수 없게 높은 EMI를 발생시키기 때문이다. 그러나, 전체 배열에 대해 순차적으로 리셋하는 것 등은 길어서 불리하다.
따라서, 서브샘플링을 허용하되 실질적으로 모든 픽셀을 고속으로 정확하게 리셋하는 APS가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속으로 서브샘플링하고 배열내의 픽셀 셀 모두를 실질적으로 리셋하는 APS를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 서브샘플링 등의 동작에서 판독되지 않은 배열의 부분을 리셋하는 선독(look ahead)(또는 후독(behind)) 리셋을 갖는 APS를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고속이고 저비용이며 낮은 EMI로 동작하는 APS를 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적 및 관련 목적이 본 명세서에서 설명할 개선된 리셋을갖는 능동 픽셀 센서의 사용에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명에 따른 능동 픽셀 센서(APS)를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 리셋 로직의 일 실시예에 관한 개략적인 도면.
일 실시예에서, 본 발명은 서브샘플된 행과 비서브샘플된 행 사이에 제공되는 조합 로직(combinational logic)을 포함한다. 이 로직은 회로가 서브샘플링 모드에서 동작할 때 감지하고 샘플된 행이 리셋될 때 비샘플된 행에 리셋 신호를 발생시킨다. 이 구성은 서브샘플링에 후속하여 전체적으로 리셋하는 저비용이고 고속이며 효율적으로 구현되는 방법을 제공한다.
또다른 실시예에서, 서브샘플링 후에 서브샘플된 행의 리셋 및 비서브샘플된 행의 리셋이 제어 로직 수준의 리셋 제어 로직에서 구현된다.
당업자들이 본 발명의 도면과 함께 이하의 발명의 구성을 검토한 후에, 본 발명의 상술한 관련 이점 및 특징을 쉽게 달성할 수 있다는 것은 분명하다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 능동 픽셀 센서(APS : 10)가 도시되어 있다. APS(10)는 바람직하게 N행 × M열의 배열이며, 여기서 N과 M은 양의 정수이다. 알려진 바와 같이 픽셀 셀이 각각의 행과 열의 교차점에서 제공되며 각각의 픽셀 셀이 바람직하게 리셋, 행 선택 및 열 또는 판독 신호 등을 수신한다.
APS(10)는 본 발명의 한 가지 대표적 실시예를 도시하는데, 더 구체적으로 서브샘플링을 수행하고 서브샘플링 후에 전체 배열을 고속으로 전체적으로 리셋하는 방법을 도시한다.
블록(11)은 행 선택과 리셋 신호 제어 로직을 나타내며 블록(12)은 행과 리셋 신호 디코드(decode) 로직을 나타낸다. 행 선택 및 리셋 신호를 적절하게 발생하고 처리하기 위해 적합한 제어 및 디코드 로직이 종래 기술로 알려져 있다. 서브샘플 모드에서, 로직(12)은 행 선택 및 리셋 신호를 각각의 행(0, 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13 등)에 전달한다. 열(2, 3, 6, 7, 10, 11 등)은 서브샘플링에서 사용되지 않는다(상술한 이유 때문에).
로직(20)은 바람직하게 서브샘플링 과정 동안에 판독되지 않은 행을 리셋한다. 로직(20)이 발생한 리셋 신호는 판독 행에 대한 리셋 신호로서 실질적으로 동시에 발생된다.
본 발명의 일 실시예에서, 로직(20)이 예를 들어 행(0, 1(서브샘플된))과 행(2, 3(비서브샘플된)) 같은 다수의 서브샘플된 행과 비서브샘플된 행 사이에서 결합된다. 서브샘플 모드 동안에 행(0)상에 리셋 신호의 제공에 응해서, 로직(20)이 행(2)상에 리셋 신호를 발생시킨다. 유사하게 서브샘플링 모드 동안에 행(1)상의 리셋 신호에 응해서, 로직(20)이 행(3)에 대해 리셋 신호를 발생시킨다. 따라서 로직(20)(도 1의)이 N차 행에서의 리셋 신호의 수신에 응해서 N차 + 2 행에서 리셋 신호를 발생시키는 선독 리셋 메카리즘으로 동작한다. 이러한 방법으로, 전체 APS(10)가 리셋되는데 이 리셋은 최소 EMI를 발생시키는 고속의 방법으로 달성된다.
도 1의 실시예가 선독 리셋 메카니즘을 나타낸다 할지라도, 본 발명의 자동 리셋 기능이 예를 들어 서브샘플되는 행(2, 3)과 함께 리셋되는 행(0, 1)을 갖는 후독의 형태로 구현될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한 도 1에 N + 2 리셋이도시되어 있다 할지라도, 본 발명의 자동 리셋 방식이 예를 들어 N + 1, N + 3, N + 2 내지 3, N + 2 내지 8(또는 다른) 등과 같은 서브샘플된 행 대 비서브샘플된 행의 어느 비율에서도 구현될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리셋 로직(20)의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 로직(20)은 예를 들어 행(0, 1)과 같은 서브샘플된 행으로부터 행 리셋 신호를 수신하고 이러한 신호를 처리하는 조합 로직을 포함하여 예를 들어 행(2, 3)과 같은 비샘플된 행 제각각에 대해 리셋 신호를 발생시킨다.
로직(20)은 두 개의 NAND 게이트(21, 22), 네 개의 인버터(23 내지 26) 및 두 개의 NOR 게이트(27, 28)를 포함한다. 행(0) 리셋 신호(RST0)는 서브샘플 모드(SS) 신호가 인가될 때 NAND 게이트(21)를 통해 게이트된다. 게이트(21)의 출력은 NOR(27)에서 배열 이네이블(array enable : EN) 신호에 의해 게이트되고 행(2) 리셋 신호(RST2)를 형성하도록 인버트된다.
유사하게, 행(1) 리셋 신호(RST1)는 서브샘플 모드 신호가 인가될 때 NAND 게이트(22)를 통해 게이트된다. 게이트(22)의 출력은 NOR 게이트(28)에서 이네이블 신호에 의해 게이트되고 행(3) 리셋 신호(RST3)를 형성하도록 인버트된다.
로직(20)이 예를 들어 도 1의 APS(10)에서 수 차례 반복되어 원하는 비샘플된 행의 리셋을 제공할 수 있다. 로직(20)내의 조합 로직이 또한 증가된 많은 행의 자동 리셋을 제공하도록 배가(multiplied)될 수 있다.
본 명세서에서 설명한 자동 리셋이 로직의 소프트웨어, 펌웨어(firmware) 또는 하드웨어로 프로그램되게 하여 행 선택 및 리셋 신호 제어 로직(11)에서 구현될수 있다는 것에 유의해야 한다.
본 발명의 자동 리셋의 특징은 통상의 APSs와 "개선된 디지털 이미징 회로 및 방법(Improved Digital Imaging Circuit and Method)"이란 제목의 레이 메트저(Ray Metzer)의 미합중국 특허 출원 제 09/371,745호에 개시된 바와 같이 S자 행 선택(serpentine row select) 및/또는 리셋 신호 전달을 이용하는데 응용할 수 있다.
본 발명이 특정한 실시예와 관련하여 설명되었다 하더라도, 추가 수정이 가능하고, 본 출원은 일반적으로 본 발명의 원리를 따르고 본 발명이 관계되는 기술 분야에서 알려지거나 통상의 실시 내이고 상술한 본질적 특징에 응용될 수 있으며 본 발명의 영역과 첨부한 청구범위 내인 본 발명의 개시로부터 기인한 것을 포함하는 본 발명의 임의의 변경, 사용 또는 적용을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 고속으로 서브샘플링하고 배열내의 픽셀 셀 모두를 실질적으로 리셋하고 서브샘플링 동작에서 판독되지 않은 배열의 부분을 리셋하여 고속이고 저비용이며 낮은 EMI로 동작하는 APS를 제공한다.

Claims (15)

  1. 능동 픽셀 센서(an active pixel sensor)에 있어서,
    적어도 제 1 부분 및 제 2 부분 - 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분과 구별됨 - 을 갖는 다수의 픽셀 셀(pixel cells)과,
    서브샘플링 모드 동작(a sub-sampling mode of operation) 동안에 상기 제 1 부분을 판독(reads)하는 샘플링 로직과,
    서브샘플링 모드 동안에 상기 제 1 부분의 판독 후에 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분 모두를 리셋하는 리셋 로직을 포함하는
    능동 픽셀 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 픽셀 셀은 다수의 행(rows)내에 배열되고, 상기 제 1 부분은 적어도 제 1 구별되는 행 그룹(a first distinct grouping of rows)을 포함하며 상기 제 2 부분은 적어도 제 2 구별되는 행 그룹을 포함하는 능동 픽셀 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리셋 로직은 적어도 상기 제 1 그룹의 제 1 행과 상기 제 2 그룹의 제2 행 사이에 보충적(supplemental) 리셋 로직을 포함하되, 상기 보충적 리셋 로직은 상기 제 1 행에 관한 리셋 신호의 수신에 응해서 서브샘플링 모드 동안에 리셋 신호를 상기 제 2 행에 전달하는 능동 픽셀 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리셋 로직은 상기 제 1 그룹의 대응하는 행에 관한 리셋 신호의 수신에 응해서 리셋 신호를 상기 제 2 그룹에서의 행중 하나에 제각기 전달할 수 있는 다수의 보충적 리셋 로직 회로를 포함하는 능동 픽셀 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 픽셀 셀은 다수의 행 내에 배열되고, 판독 및 리셋되는 모든 행(N)에 대해 상기 리셋 로직은 행(N + X)에 관한 리셋 신호를 전달(propagate)하되, 상기 X가 정수(an integer)인 능동 픽셀 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 X는 양의 정수인 능동 픽셀 센서.
  7. 능동 픽셀 센서 회로에 있어서,
    다수의 행 내에 배열되는 다수의 픽셀 셀을 포함하고, 각각의 행은 대응하는 행 선택 및 리셋 라인을 가지고, 상기 다수의 행은 적어도 행(N)과 행(N +X)을 포함하고, 상기 N과 X는 정수이며,
    행(N)의 리셋 라인상의 리셋 신호에 응해서 리셋 신호를 행(N + X)의 리셋 라인 상으로 전달하는 상기 행(N)의 리셋 라인과 상기 행(N + X)의 리셋 라인 사이에서 결합되는 리셋 전달 로직을 포함하는
    능동 픽셀 센서 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 리셋 전달 로직은 서브샘플링 신호가 인가될 때 상기 리셋 전달 로직을 이네이블(enable)시키는 방식으로 기능하는 서브샘플링 모드 신호에 응답하는 로직을 포함하는 능동 픽셀 센서 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 X는 1과 8 사이의 정수인 능동 픽셀 센서 회로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 X는 양의 정수인 능동 픽셀 센서 회로.
  11. 능동 픽셀 센서 회로에 있어서,
    다수의 픽셀 셀과,
    서브샘플링 모드 동안에 상기 픽셀 셀의 일 부분집합(a subset)을 판독하는 판독 제어 로직과,
    서브샘플링 모드 동안에 판독되는 상기 픽셀 셀의 부분집합 및 서브샘플링 모드 동안에 판독되지 않은 픽셀 셀의 나머지를 리셋하는 상기 판독 제어 로직에 결합되는 리셋 로직을 포함하는
    능동 픽셀 센서 회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 픽셀 셀은 다수의 행을 갖는 배열 내에서 배열되고, 상기 픽셀 셀의 부분집합은 판독 행의 일 부분집합 내에 배열되며 상기 픽셀 셀의 나머지는 남은 행 내에 배열되는 능동 픽셀 센서 회로.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 리셋 로직은 상기 판독 행의 부분집합과 상기 남은 행 사이에서 결합되는 보충적 리셋 로직을 포함하되, 상기 보충적 리셋 로직은 상기 판독 행의 부분집합에 관한 리셋 신호에 응해서 서브샘플링 모드 동안에 리셋 신호를 상기 남은 행에 전달하는 능동 픽셀 센서 회로.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 판독 행의 부분집합은 행(N + X)을 포함하는 상기 남은 행 및 행(N)을 포함하는 능동 픽셀 센서 회로.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 판독 행의 부분집합은 행(N)으로 지정할 수 있는 다수의 행을 포함하고 상기 남은 행은 행(N + X)으로 지정할 수 있는 다수의 행을 포함하되, 각각의 행(N + X)은 상기 행(N)중 하나에 대응하며, 상기 행(N + X)에서 상기 N과 X는 모두 정수이고 상기 행(N)에서 상기 N은 양의 정수인 능동 픽셀 센서 회로.
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