KR20020055163A - Image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 별도의 외부 메모리없이 좌우또는 상하가 뒤바뀐 이미지를 출력할 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor capable of outputting an image inverted left and right or up and down without a separate external memory.
일반적으로, 이미지 센서란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 찍어(cap)내는 장치를 말한다. 자연계에 존재하는 각 피사체의 부분부분은 빛의 밝기 및 파장 등이 서로 달라서 감지하는 장치의 각 화소에서 다른 전기적인 값을 보이는데, 이 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 주는 것이 바로 이미지 센서가 하는 일이다.In general, an image sensor refers to a device that captures an image by using a property of a semiconductor that reacts to light. Part of each subject in the natural world has different electrical values at each pixel of the sensing device due to different brightness and wavelength of light, which makes the image sensor a level capable of signal processing. Is what it does.
최근 들어, 이러한 이미지 센서는 각종 보안 장비, 화상 회의용 카메라, 디지털 스틸 카메라, PC 카메라, 영상 정보를 전달하는 기능을 갖춘 차세대 개인용 휴대 통신 장비 등에 적용되어 큰 각광을 받고 있다.In recent years, such image sensors have been applied to various security equipment, video conferencing cameras, digital still cameras, PC cameras, and next-generation personal mobile communication equipments having a function of transmitting video information.
이와 같이, 이미지 센서의 응용 범위가 넓어짐에 따라 특정 응용 분야에서는 이미지 센서에 찍힌 이미지의 좌우나 상하를 바뀐 이미지를 필요로 하는 데, 종래의 이미지 센서는 화소 배열부(pixel array)를 통해 이미지를 찍고 이를 저장하고 있다가 저장된 이미지를 출력할 때, 항상 화소 배열부의 특정한 위치의 시작점에서부터 데이터를 출력함으로써 출력되는 이미지가 항상 일정 방향에서만 보여져 이미지 센서 자체적으로는 찍힌 이미지의 좌우나 상하를 바뀐 이미지를 출력할 수 없다. 이와 같이, 시작점이 고정된 종래의 이미지 센서에서 이미지의 상하 또는 좌우가 바뀐 이미지를 얻기 위해서는 외부에서 소프트웨어를 이용하여 이미지의 상하좌우를 바꾸어야 하기 때문에 외부에 별도의 메모리를 구비하여야 하고, 그에 따른 생산 원가가 커지게 된다.As such, as the application range of the image sensor becomes wider, a specific application field requires an image in which the image captured by the image sensor is shifted from side to side or up and down. When taking a picture and storing it and then outputting the stored image, the output image is always displayed only in a certain direction by outputting data from the start point of a specific position of the pixel array unit. You cannot print it. As described above, in order to obtain an image in which the image has been changed up, down, left, or right in a conventional image sensor having a fixed starting point, an external memory must be provided with a separate memory, so that a separate memory must be provided. The cost increases.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 읽는 이미지의 시작점이 고정된 종래와 다르게 화소 배열부의 모서리 네곳을 시작점으로 할 수 있도록 제어하여 이미지 센서 자체에서 이미지의 좌우가 바뀌는 X-플립 이미지와 상하가 바뀌는 Y-플립 이미지를 얻을 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, unlike the conventional fixed start point of the read image is controlled to the four corners of the pixel array portion as a starting point X-flip image that the left and right of the image is changed in the image sensor itself The object of the present invention is to provide an image sensor capable of obtaining a Y-flip image in which X and Y are reversed.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서에 대한 블록도.1 is a block diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서에서 저장된 값을 읽는 시작점의 위치에 따라 이미지가 읽히는 순서를 설명하기 위해 개념적으로 도시한 도면.2A to 2D are conceptual views illustrating an order in which an image is read according to a position of a start point of reading a stored value in an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
10 : 제어 및 외부 시스템 인터페이스부20 : 화소 배열부10: control and external system interface unit 20: pixel array unit
30 : DAC40 : 이중 버퍼부30: DAC40: double buffer section
50 : 비교부60 : X-Y 플립 제어부50: comparison unit 60: X-Y flip control unit
70 : 로우 디코더80 : 컬럼 디코더70: row decoder 80: column decoder
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이미지 센서에 있어서, 상기 이미지 센서의 전체적인 동작을 제어하며, 외부 시스템에 대한 인터페이스 역할을 담당하는 제어 및 외부 시스템 인터페이스 수단; 빛에 반응하는 성질을 극대화 시키도록 만든 화소를 가로 N개, 세로 M개로 배치하여 외부에서 들어오는 이미지에 대한 정보를 감지하는 화소 배열부; 상기 화소 배열부의 각 화소에서 감지한 아날로그 전압을 디지털 시스템에서 처리가 가능하도록 디지털 전압으로 바꿔주기 위해 각 화소에서 감지한 전압과 비교하는 데 사용되는 비교 기준 전압을 생성하는 디지털-아날로그 변환 수단; 상기 화소 배열부로부터 출력되는 아날로그 전압과 상기 디지털-아날로그 변환 수단으로부터 출력되는 비교 기준 전압을 비교하는 N개의 비교기 배열로 구성된 비교 수단; 상기 비교부의 출력에 응답하여 디지털화된 화소의 이미지 신호값인 상기 제어 및 외부 시스템 인터페이스 수단으로부터의 디지털 값을 저장하는 이중 버퍼 수단; 상기 이미지를 좌우로 바꾸어 출력하도록 제어하는제1 플립 신호 및 상기 이미지를 상하로 바꾸어 출력하도록 제어하는 제2 플립 신호에 응답하여 상기 제어 및 외부 시스템 인터페이스부로부터 출력되는 나오는 로우 어드레스 엔코딩 신호와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호의 순서를 바꾸어 출력하도록 제어하는 제어 수단; 상기 제어 수단으로부터 출력되는 수정된 로우 어드레스 엔코딩 신호를 디코딩하여 상기 화소 배열부 중 해당되는 로우를 구동하는 로우 디코딩 수단; 및 상기 제어 수단으로부터 출력되는 수정된 컬럼 어드레스 엔코딩 신호를 디코딩하여 상기 화소 배열부 중 해당되는 컬럼을 구동하는 컬럼 디코딩 수단을 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image sensor comprising: control and external system interface means for controlling the overall operation of the image sensor and serving as an interface to an external system; A pixel array unit configured to sense the information about an image from the outside by arranging pixels arranged horizontally N and vertically M to maximize the response to light; Digital-to-analog converting means for generating a comparison reference voltage used for comparing the sensed analog voltage at each pixel of the pixel array to a digital voltage for processing in a digital system; Comparison means comprising N arrays of comparators for comparing the analog voltage output from the pixel array section and the comparison reference voltage output from the digital-analog conversion means; Double buffer means for storing digital values from the control and external system interface means, which are image signal values of the digitized pixels in response to the output of the comparator; A row address encoding signal and a column address that are output from the control and external system interface unit in response to a first flip signal for controlling the image to be output left and right and a second flip signal for controlling the image to be output up and down Control means for controlling to output an order of encoding signals; Row decoding means for decoding a modified row address encoding signal output from the control means and driving a corresponding row among the pixel array units; And column decoding means for decoding the modified column address encoding signal output from the control means to drive a corresponding column of the pixel array unit.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서에 대한 블록도로서, FSM(Finite State Machine)을 이용하여 이미지 센서의 전체적인 동작을 제어하며, 외부 시스템(system)에 대한 인터페이스(interface) 역할을 담당하는 제어 및 외부 시스템 인터페이스 부(10), 빛에 반응하는 성질을 극대화 시키도록 만든 화소(pixel)를 가로 N개, 세로 M개로 배치하여 외부에서 들어오는 상(image)에 대한 정보를 감지하는 화소 배열부(20), 센서의 각 화소에서 감지한 아날로그 전압을 디지털 시스템에서 처리가 가능하도록 디지털 전압으로 바꿔주기 위해 각 화소에서 감지한 전압과 비교하는 데 사용되는, 클럭에 따라 선형적으로 감소하는 램프(ramp)형태의 비교 기준 전압(reference voltage)을 만들어내는 디지털-아날로그 변환기(Digital-Analog converter, 이하 DAC라 함, 30), 화소 배열부(20)로부터 출력되는 감지 전압(센싱 아날로그 값)과 DAC(30)로부터 출력되는 비교 기준 전압(램프 전압)을 비교하여, 비교 기준 전압이 화소 전압보다 큰 동안 제어 및 외부 시스템 인터페이스 부(10)로부터 출력되는 디지털 카운터 값을 이후 서술된 이중 버퍼부(40)에 쓰여지도록 하는 래치 인에이블 신호를 출력하는 N개의 비교기 배열로 구성된 비교부(50), 상기 비교부(50)의 출력(래치 인에이블 신호)에 응답하여 디지털화된 화소의 이미지 신호값을 저장하는 이중 버퍼부(40)를 포함하여 이루어진다.1 is a block diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention, and controls an overall operation of an image sensor using a finite state machine (FSM), and serves as an interface to an external system. Responsible control and external system interface unit 10, the pixel to detect the information about the image coming from the outside by arranging the pixel (N) horizontally and vertically M pixels made to maximize the response to light The array 20 reduces linearly with the clock, which is used to compare the analog voltage sensed at each pixel of the sensor with the voltage sensed at each pixel to convert it to a digital voltage for processing in a digital system. From the digital-to-analog converter (DAC, 30) for producing a reference voltage in the form of a ramp, the pixel array unit 20 By comparing the sensed voltage (sensing analog value) output with the comparison reference voltage (lamp voltage) output from the DAC 30, the digital output from the control and external system interface unit 10 while the comparison reference voltage is greater than the pixel voltage. A comparator 50 comprising an array of N comparators for outputting a latch enable signal for writing a counter value to the double buffer unit 40 described later, and to an output (a latch enable signal) of the comparator 50. And a double buffer unit 40 which stores the image signal value of the digitized pixel in response.
또한, 본 발명의 이미지 센서는 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)로부터 출력되는 나오는 로우 어드레스 엔코딩 신호와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호를 X, Y 플립 신호에 응답하여 각각의 로우 어드레스 엔코딩 신호와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호의 순서를 적절히 바꾸어 출력하도록 제어하는 X-Y 플립(filp) 제어부(60), 상기 X-Y 플립 제어부(60)로부터 출력되는 수정된 로우 어드레스 엔코딩 신호를 디코딩하여 화소 배열부(20) 중 이에 해당하는 로우를 선택하도록 하는 로우 디코더(70) 및 상기 X-Y 플립 제어부(60)로부터 출력되는 수정된 컬럼 어드레스 엔코딩 신호를 디코딩하여 화소 배열부(20) 중 이에 해당하는 컬럼을 선택하도록 하는 컬럼 디코더(80)를 더 포함한다.Also, the image sensor of the present invention outputs the row address encoding signal and the column address encoding signal outputted from the control and external system interface unit 10 in response to the X and Y flip signals, respectively. The XY flip controller 60 controls the output of the XY flip controller 60 so as to properly change the order of the signals, and decodes the modified row address encoding signal outputted from the XY flip controller 60 so that a corresponding row among the pixel array units 20 can be decoded. And a column decoder 80 which decodes the modified column address encoding signal output from the XY flip controller 60 to select the corresponding column of the pixel array unit 20. Include.
참고로, 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)는 배치 레지스터(configuration register)를 구비하여 여러 가지 내부 동작에 관련된 사항에 대한 프로그램이 가능하며, 이 프로그램된 정보에 따라 전체 이미지 센서의 동작을 제어한다.For reference, the control and external system interface unit 10 includes a configuration register that can be programmed for various internal operations, and controls the operation of the entire image sensor according to the programmed information. .
상기와 같이 구성되는 본 발명의 이미지 센서에 대한 동작 설명을 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, the operation of the image sensor of the present invention configured as described above will be described in detail.
이미지 센서의 전체적인 동작은 칩 외부 시스템이 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)의 배치 레지스터에 원하는 동작을 지시하도록 프로그래밍 인터페이스를 통해 프로그래밍을 한다. 이어서, 프로그래밍된 정보에 따라 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)가 로우 어드레스 엔코딩 신호를 X-Y 플립 제어부(60)로 보내고, X-Y 플립 제어부(60)는 X-플립 신호에 따라 적절한 순서의 로우 어드레스 엔코딩 신호를 발생시켜 이에 맞추어 로우 디코더(70)에서 화소 배열부(20)를 구동하여 1라인씩 읽어낸다. 계속해서, 이러한 동작을 통해 화소 배열부(20)로부터 출력되는 아날로그 전압을 비교부(50)에서 디지털/아날로그 변환기부(30)로부터의 램프 전압과 비교하고, 비교된 결과를 이중 버퍼부(40)에 쓰게 된다. 이중 버퍼부(40)에 쓰여진 데이터는 X-Y 플립 제어부(60)에서 Y-플립 신호에 따라 생성된 적절한 순서의 컬럼 어드레스 엔코딩 신호에 맞추어 컬럼 디코더(80)가 디코딩한 위치에 저장된 메모리의 데이터를 출력시킨다.The overall operation of the image sensor is programmed via a programming interface such that the off-chip system directs the desired operation to the placement registers of the control and external system interface 10. Subsequently, the control and external system interface unit 10 sends the row address encoding signal to the XY flip control unit 60 according to the programmed information, and the XY flip control unit 60 encodes the row address in the proper order according to the X-flip signal. The signal is generated and the pixel array unit 20 is driven by the row decoder 70 to read the lines one by one. Subsequently, the analog voltage output from the pixel array unit 20 is compared with the ramp voltage from the digital / analog converter unit 30 in the comparing unit 50 through the operation, and the result of the comparison is compared with the double buffer unit 40. ). The data written to the double buffer unit 40 outputs the data of the memory stored in the position decoded by the column decoder 80 in accordance with the column address encoding signals in the proper order generated by the XY flip control unit 60 according to the Y-flip signal. Let's do it.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서에서 저장된 값을 읽는 시작점의 위치에 따라 이미지가 읽히는 순서를 설명하기 위해 개념적으로 도시한 도면이다.2A to 2D are conceptual views illustrating an order in which images are read according to a position of a start point of reading a stored value in an image sensor according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2a는 X-플립이나 Y-플립이 되지 않은 상태로 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)로부터 출력되는 로우 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, M-2, M-1)의 순서와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, N-2, N-1)의 순서를X-Y 플립 제어부(60)에서 순서를 바꾸지 않고 로우 디코더(70)와 컬럼 디코더(80)에 보냄으로써 데이터를 오른쪽 아래에서 시작해서 위로 올라가면서 읽는 경우를 도시한 것으로, 가장 일반적인 이미지 읽기 순서이다.First, FIG. 2A shows the row address encoding signals 0, 1, 2, 3, ..., M-2, M- outputted from the control and external system interface unit 10 without X-flip or Y-flip. The order of 1) and the order of the column address encoding signals (0, 1, 2, 3, ..., N-2, N-1) are not changed in the XY flip controller 60 without changing the order of the row decoder 70 and the column decoder. Figure 80 shows the case where data is read starting from the bottom right and then up, which is the most common image reading order.
도 2b는 X-플립만 된 상태(즉, 이미지의 좌우만 바뀐 상태)로 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)로부터 출력되는 로우 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, M-2, M-1)의 순서와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, N-2, N-1)의 순서를 X-Y 플립 제어부(60)에서 로우 어드레스 엔코딩 신호의 순서는 그대로 내보내고 컬럼 어드레스 엔코딩 신호는 N-1, N-2, N-3, …, 2, 1, 0의 순서로 바꾸어 로우 디코더(70)와 컬럼 디코더(80)로 보내도록 제어함으로써 데이터를 왼쪽 아래에서 시작해서 위로 올라가면서 읽는 경우를 도시한 것으로, 이미지의 좌우를 바꾸어 마치 거울을 보는 것과 같은 이미지를 얻을 수 있다.2B shows the row address encoding signals 0, 1, 2, 3,..., M-2 output from the control and external system interface unit 10 in an X-flip only state (that is, a state in which only the left and right sides of the image are changed). , The order of M-1 and the column address encoding signals (0, 1, 2, 3, ..., N-2, N-1) are exported from the XY flip control unit 60 as the order of the row address encoding signals. The column address encoding signals are N-1, N-2, N-3,... , 2, 1, 0 in order to send to the row decoder 70 and the column decoder 80 to control the data to be read starting from the bottom left to the top, showing the mirror image by changing the left and right You get the same image as you see.
도 2c는 X-플립과 Y-플립이 모두 된 상태(이미지의 좌우와 상하가 모두 바뀐 상태)로 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)로부터 출력되는 로우 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, M-2, M-1)의 순서와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, N-2, N-1)의 순서를 X-Y 플립 제어부(60)에서 로우 어드레스 엔코딩 신호의 순서를 M-1, M-2, M-3, …, 2, 1, 0 순서로 바꾸고, 컬럼 어드레스 엔코딩 신호도 N-1, N-2, N-3, …, 2, 1, 0의 순서로 바꾸어 로우 디코더(70)와 컬럼 디코더(80)로 보내도록 제어함으로써 데이터를 왼쪽 위에서 시작해서 아래로 내려가면 읽는 경우이다.2C shows the row address encoding signals 0, 1, 2, and 3 outputted from the control and external system interface unit 10 in a state where both the X-flip and the Y-flip are changed (both left and right of the image are changed). , ..., M-2, M-1, and column address encoding signals (0, 1, 2, 3, ..., N-2, N-1) in the XY flip control unit 60 row address encoding The order of signals is M-1, M-2, M-3,... , 2, 1, 0, and the column address encoding signals N-1, N-2, N-3,... In this case, the data is read from the top left and down by controlling the control to be sent to the row decoder 70 and the column decoder 80 in the order of 2, 1, and 0.
도 2d는 Y-플립만 된 상태(이미지의 상하가 바뀐 상태)로 제어 및 외부 시스템 인터페이스부(10)로부터 출력되는 로우 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, M-2, M-1)의 순서와 컬럼 어드레스 엔코딩 신호(0, 1, 2, 3, …, N-2, N-1)의 순서를 X-Y 플립 제어부(60)에서 컬럼 어드레스 엔코딩 신호의 순서는 그대로 내보내고 로우 어드레스 엔코딩 신호는 M-1, M-2, M-3, …, 2, 1, 0 순서로 바꾸어 로우 디코더(70)와 컬럼 디코더(80)에 보내도록 제어함으로써 데이터를 오른쪽 위에서 시작해서 아래로 내려가면서 읽는 경우이다.Fig. 2D shows the row address encoding signals 0, 1, 2, 3, ..., M-2, M output from the control and external system interface unit 10 in the state of Y-flip only (the image is changed up and down). The order of -1) and the column address encoding signals (0, 1, 2, 3, ..., N-2, N-1) are exported from the XY flip control unit 60 in the same order as the column address encoding signals. The encoding signals are M-1, M-2, M-3,... In this case, the data is read from the upper right side to the lower side by controlling the data to be sent to the row decoder 70 and the column decoder 80 in the order of 2, 1, and 0.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 이미지 센서 내부에서 데이터를 읽는 시작점을 다르게 제어함으로써 좌우가 뒤바뀐 이미지(X-플립) 또는 상하가 뒤바뀐 이미지(Y-플립)를 별도의 외부 메모리를 사용하지 않고 자체적으로 출력할 수 있고, 이로써 별도의 메모리를 제어하기 위한 시간을 줄여 고속 전송을 가능하게 하며, 생산 원가 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention made as described above, by controlling the starting point of reading the data inside the image sensor differently, the left and right reversed images (X-flip) or the upside down image (Y-flip) can be used without using an external memory. It can output, thereby reducing the time to control a separate memory to enable a high-speed transmission, there is an effect that can reduce the production cost.
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