KR20040082896A - Cmos image sensor having motion detection function inside and the method for detecting the motion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서 및 움직임 검출방법에 관한 것으로, 특히 이미지 센서 칩 내에서 움직임 검출이 가능한 CMOS 이미지 센서 및 움직임 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS image sensor and a motion detection method, and more particularly, to a CMOS image sensor and a motion detection method capable of motion detection in an image sensor chip.
최근에, CMOS 이미지 센서는 컴퓨터용 카메라(PC camera), 휴대폰, 개인휴대정보단말기(PDA) 등에 사용되고 있다.Recently, CMOS image sensors have been used in PC cameras, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), and the like.
CMOS 이미지 센서는 하나의 픽셀 단위 셀의 내부에 하나 이상의 트랜지스터와 포토 다이오드로 구성되며 화상을 촬상하는 소자이다. 도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서를 나타내는 도면으로서, 8 ×6 (=48) 개의 픽셀을 갖는 경우에 대해 도시되어 있다. 도 1에 도시된 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이(110), 열 선택회로(120), 행 선택회로(140), 아날로그 신호 프로세서(150), A/D 컨버터(160), 출력 드라이버(170), 및 이미지 센서를 구성하는 각 부분의 타이밍등을 제어하는 제어회로(130)를 구비한다. 도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서를 구성하는 픽셀의 구조를 나타내는 회로도이다.CMOS image sensor is composed of one or more transistors and a photodiode in one pixel unit cell and is an element that picks up an image. 1 is a diagram illustrating a conventional CMOS image sensor, which is illustrated for the case of having 8 x 6 (= 48) pixels. The CMOS image sensor illustrated in FIG. 1 includes a pixel array 110, a column selection circuit 120, a row selection circuit 140, an analog signal processor 150, an A / D converter 160, an output driver 170, And a control circuit 130 for controlling timing and the like of each part constituting the image sensor. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a structure of pixels constituting the image sensor illustrated in FIG. 1.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 CMOS 이미지 센서의 동작에 대해 간략히 설명한다.Hereinafter, the operation of the CMOS image sensor will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2.
픽셀을 구성하는 포토 다이오드(PD1)가 빛을 받으면, 포토 다이오드(PD1)에 전류가 흐르기 시작하고 포토 다이오드(PD1)의 캐소드 단자의 전위(VPH)가 떨어지게 된다. 이미지 센서에 빛이 약하게 들어오면, 전위(VPH)는 조금 떨어지고, 빛이 강하게 들어오면 전위(VPH)는 많이 떨어진다. 픽셀이 한번 이미지를 입력받은 후 다시 이미지를 입력받기 위해서는, 리셋 신호(RESET)를 하이 상태로 만들어 NMOS 트랜지스터(MN1)를 온시키고 포토 다이오드(PD1)를 충전시켜야 한다. 입력된 이미지 데이터를 읽을 때에는 NMOS 트랜지스터(MN1)를 오프시킨다. 이 때, 포토 다이오드(PD1)에 충전된 전압이 NMOS 트랜지스터(MN2)에 의해 증폭되고 선택 신호(SEL)에 의해 NMOS 트랜지스터(MN3)가 온되었을 때 이미지 데이터(PO)로서 출력된다.When the photodiode PD1 constituting the pixel receives light, current flows through the photodiode PD1 and the potential VPH of the cathode terminal of the photodiode PD1 falls. When the light enters the image sensor weakly, the potential VPH drops slightly, and when the light enters strongly, the potential VPH drops much. In order for the pixel to receive the image once after receiving the image, the NMOS transistor MN1 is turned on and the photo diode PD1 is charged by setting the reset signal RESET high. When reading the input image data, the NMOS transistor MN1 is turned off. At this time, the voltage charged in the photodiode PD1 is amplified by the NMOS transistor MN2 and output as image data PO when the NMOS transistor MN3 is turned on by the selection signal SEL.
픽셀 어레이(110)로 입력된 광 신호는 픽셀 내에서 전기적 신호로 변환된다. 행과 열의 조합에 의해 이미지 센서 내의 모든 픽셀이 동작하여 연속적으로 이미지 데이터를 출력한다. 행과 열의 조합에 의해 출력되는 아날로그 신호는 A/D 컨버터(160)에 의해 디지털 신호로 변환되고 출력 드라이버(170)를 거쳐 디지털 출력(DOUT)이 나온다. 제어회로(130)는 열 선택회로(120)와 행 선택회로(140)를 제어하여 연속적으로 픽셀을 선택하여 출력하도록 하며 픽셀 어레이(110)의 동작에 필요한 신호들의 타이밍을 제어하는 기능을 한다.The optical signal input to the pixel array 110 is converted into an electrical signal in the pixel. The combination of rows and columns causes all pixels in the image sensor to operate and output image data continuously. The analog signal output by the combination of rows and columns is converted into a digital signal by the A / D converter 160 and the digital output DOUT is output through the output driver 170. The control circuit 130 controls the column selection circuit 120 and the row selection circuit 140 to continuously select and output the pixels, and controls the timing of signals necessary for the operation of the pixel array 110.
CMOS 이미지 센서를 사용하여 움직임 검출(motion detection)을 하는데는 이미지 센서의 픽셀 어레이 전체로부터의 이미지 데이터가 필요한 것은 아니다. 전체 픽셀 어레이 중 일부의 픽셀로부터의 이미지 데이터만 가지고도 움직임이 있는지 없는지의 판별이 가능하다. 예를 들어, 640 ×480 픽셀 어레이에서 64 ×48 또는 8 ×6 정도의 픽셀 데이터만 가지고도 움직임 검출이 가능하다. 그런데, 종래의 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이의 모든 이미지 데이터를 이용하여 픽셀 크기의 메모리를 이용한다거나 A/D 컨버터를 이용하여 반도체 칩 밖으로 디지털 데이터를 출력하고, 이 값을 이용하여 움직임을 검출하였기 때문에 전력소모가 많고 부가적 처리를 해주어야 하였다. 또한, 움직임이 있을 때나 없을 때나 이미지 센서를 동작시켰기 때문에 전력소모가 더욱 많았다. 따라서, 기존의 CMOS 이미지 센서는 배터리로 동작하는 움직임 검출장치에 적용하는데 어려움이 있었다.Motion detection using a CMOS image sensor does not require image data from the entire pixel array of the image sensor. It is possible to determine whether or not there is motion even with image data from some pixels of the entire pixel array. For example, motion detection can be performed using only 64 × 48 or 8 × 6 pixel data in a 640 × 480 pixel array. However, the conventional CMOS image sensor uses a pixel size memory using all the image data of the pixel array or outputs digital data out of the semiconductor chip using an A / D converter, and detects motion using this value. Power consumption was high and additional processing was required. In addition, power consumption was higher because the image sensor was operated with or without movement. Therefore, the conventional CMOS image sensor has a difficulty in applying to a battery-operated motion detection device.
본 발명의 목적은 움직임 검출기능이 내장된 CMOS 이미지 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a CMOS image sensor with a built-in motion detection function.
본 발명의 다른 목적은 모든 이미지 데이터를 출력하지 않고 선택된 픽셀의 이미지 데이터만 출력함으로써 전력소모를 줄일 수 있는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a CMOS image sensor that can reduce power consumption by outputting only image data of selected pixels without outputting all image data.
본 발명의 또 다른 목적은 움직임이 있을 경우와 움직임이 없을 경우에 반도체 칩 내부에 있는 회로의 일부가 동작하지 않도록 제어할 수 있는 CMOS 이미지 센서를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a CMOS image sensor capable of controlling a part of a circuit inside a semiconductor chip not to operate when there is movement and when there is no movement.
본 발명의 또 다른 목적은 CMOS 이미지 센서를 사용하여 움직임을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a method for detecting motion using a CMOS image sensor.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a conventional CMOS image sensor.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서를 구성하는 픽셀의 구조를 나타내는 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a structure of pixels constituting the image sensor illustrated in FIG. 1.
도 3은 움직임 검출기능이 내장된 본 발명의 일실시에에 따른 CMOS 이미지 센서를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment in which a motion detection function is incorporated.
도 4는 도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서에서 A/D 컨버터를 구체적으로 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating an A / D converter in the CMOS image sensor shown in FIG. 3 in detail.
도 5는 도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서에서 기준전압 발생회로를 구체적으로 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating in detail a reference voltage generating circuit in the CMOS image sensor illustrated in FIG. 3.
도 6은 도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서에서 움직임 검출회로를 구체적으로 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a motion detection circuit in the CMOS image sensor illustrated in FIG. 3 in detail.
도 7은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an operation of a CMOS image sensor according to the present invention.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작 중 움직임검출모드에서의 동작을 따로 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating an operation in a motion detection mode during operation of the CMOS image sensor according to the present invention illustrated in FIG. 7.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
210 : 픽셀 어레이 220 : 열 선택회로210: pixel array 220: column selection circuit
230 : 제어회로 240 : 행 선택회로230: control circuit 240: row selection circuit
250 : 아날로그 신호 프로세서 260 : A/D 컨버터250: analog signal processor 260: A / D converter
270 : 기준전압 발생회로 280 : 움직임 검출회로270: reference voltage generation circuit 280: motion detection circuit
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이, 열 선택회로, 행 선택회로, 및 제어회로를 구비하여 이미지 데이터를 출력하는 CMOS 이미지 센서에 있어서, 반도체 칩으로 구현된 상기 CMOS 이미지 센서 내에서 일부의 픽셀만 선택하고, 그 선택된 픽셀의 일부 데이터만을 사용하여 움직임을 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor according to the present invention includes a pixel array, a column selection circuit, a row selection circuit, and a control circuit, and outputs image data. It is characterized in that the motion can be detected using only the selection and only some data of the selected pixel.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이, 타이밍을 제어하는 제어신호를 발생시키는 제어회로, 상기 픽셀 어레이의 열을 선택하는 열 선택회로, 상기 픽셀 어레이의 행을 선택하는 행 선택회로, 상기 제어신호의 제어하에 상기 행 선택회로의 출력신호를 수신하여 A/D 변환을 하고 제 1 출력신호와 제 2 출력신호를 발생시키는 A/D 컨버터, 상기 제어신호의 제어하에 상기 A/D 컨버터의 상기 제 2 출력신호를 수신하고 상기 제 2 출력신호의 상태에 따라 변화된 크기를 갖는 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생회로, 상기 제어신호의 제어하에 상기 A/D 컨버터의 상기 제 1 출력신호를 수신하여 움직임이 있는지를 판단하고 그 결과를 상기 제어회로에 전송하는 움직임 검출회로, 및 상기 A/D 컨버터의 제 1 출력신호를 수신하여 칩 외부로 출력하기 위한 출력버퍼를 구비한다.The CMOS image sensor according to the present invention includes a pixel array, a control circuit for generating a control signal for controlling timing, a column selection circuit for selecting a column of the pixel array, a row selection circuit for selecting a row of the pixel array, and the control signal. An A / D converter which receives an output signal of the row selection circuit to perform A / D conversion and generates a first output signal and a second output signal, wherein the A / D converter is controlled under the control signal. A reference voltage generation circuit for receiving a second output signal and generating a reference voltage having a magnitude changed according to the state of the second output signal, and receiving and moving the first output signal of the A / D converter under control of the control signal A motion detection circuit for determining whether there is an error and transmitting the result to the control circuit, and for receiving the first output signal of the A / D converter and outputting it to the outside of the chip. It has an output buffer.
상기 A/D 컨버터는 상기 제어신호의 제어하에 램프신호를 발생시키는 램프신호 발생회로, 상기 행 선택회로의 출력신호 중 1 비트를 수신하는 제 1 입력단자와상기 기준전압과 상기 램프신호 중 어느 하나를 수신하는 제 2 입력단자를 갖고 상기 A/D 컨버터의 상기 제 2 출력신호를 발생시키는 복수의 비교기들, 및 상기 A/D 컨버터의 상기 제 2 출력신호를 수신하고 상기 픽셀 어레이의 각 행마다 나오는 1의 개수를 출력하는 복수의 카운터를 구비한다.The A / D converter includes a ramp signal generation circuit for generating a ramp signal under control of the control signal, a first input terminal for receiving 1 bit of an output signal of the row selection circuit, and one of the reference voltage and the ramp signal A plurality of comparators having a second input terminal for receiving the second output signal of the A / D converter, and receiving the second output signal of the A / D converter and for each row of the pixel array It is provided with the some counter which outputs the number of 1s which come out.
상기 기준전압 발생회로는 상기 제어신호의 제어하에 상기 A/D 컨버터의 상기 제 2 출력신호를 수신하고 병렬신호를 직렬신호로 변환하는 P/S 컨버터, 상기 제어신호의 제어하에 상기 P/S 컨버터의 출력신호를 수신하고 1의 숫자와 0의 수를 세는 카운터, 및 상기 제어신호의 제어하에 상기 카운터의 출력신호를 수신하고 기준전압을 발생시키는 전압 선택회로를 구비한다.The reference voltage generation circuit is a P / S converter which receives the second output signal of the A / D converter under the control of the control signal and converts a parallel signal into a serial signal, and the P / S converter under the control of the control signal. And a counter for receiving an output signal of and counting a number of ones and zeros, and a voltage selection circuit for receiving an output signal of the counter and generating a reference voltage under control of the control signal.
상기 움직임 검출회로는 상기 제어신호의 제어하에 상기 A/D 컨버터의 상기 제 1 출력신호를 수신하여 래치시키는 래치회로, 및 상기 제어신호의 제어하에 상기 래치회로의 출력신호를 수신하고 움직임의 유무를 판단하여 움직임 검출신호를 발생시키는 움직임 유무 판단회로를 구비한다.The motion detection circuit includes a latch circuit for receiving and latching the first output signal of the A / D converter under the control of the control signal, and receiving the output signal of the latch circuit under the control of the control signal and detecting the presence or absence of movement. And a motion determination circuit for judging and generating a motion detection signal.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 하나의 반도체 칩(one chip)으로 구현이 가능하고 상기 반도체 칩 내에서 움직임 검출을 수행하는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor according to the present invention can be implemented as one semiconductor chip and performs motion detection in the semiconductor chip.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 유저가 카메라 모드와 움직임 검출 모드 중에서 하나를 선택할 수 있는 것을 특징으로 한다.The CMOS image sensor according to the present invention is characterized in that a user can select one of a camera mode and a motion detection mode.
본 발명에 따른 움직임 검출방법은 선택된 픽셀로부터 이미지 데이터를 출력하는 제 1 단계, 상기 선택된 픽셀로부터의 이미지 데이터에 대해 아날로그 신호처리를 하는 제 2 단계, 상기 선택된 픽셀로부터의 이미지 데이터를 기준전압과 비교하여 A/D 변환을 하고 움직임 유무를 판단하는 제 3 단계, 움직임이 없으면 상기 제 1 단계로 가고, 움직임이 있으면 출력할 프레임 수를 설정하고 모든 픽셀로부터 이미지 데이터를 출력하는 제 4단계, 상기 모든 픽셀로부터의 이미지 데이터에 대해 아날로그 신호처리를 하는 제 5 단계, 및 처리횟수가 설정된 상기 프레임 수에 도달하지 않으면 A/D 변환을 하고 이미지 데이터를 칩 밖으로 출력하고, 처리횟수가 설정된 상기 프레임 수에 도달하면, 상기 제 1 단계로 가는 제 6 단계를 구비한다.The motion detection method according to the present invention comprises a first step of outputting image data from a selected pixel, a second step of performing analog signal processing on the image data from the selected pixel, and comparing the image data from the selected pixel with a reference voltage. The third step of performing A / D conversion and determining whether there is motion, the first step if there is no motion, the fourth step of setting the number of frames to be output if there is motion, and outputting image data from all the pixels. A fifth step of performing analog signal processing on the image data from the pixel, and if the processing number does not reach the set number of frames, performs A / D conversion and outputs the image data out of the chip; If so, the sixth step to the first step is provided.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서에 대해 설명한다.Hereinafter, a CMOS image sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 움직임 검출기능이 내장된 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서를 나타내는 도면으로서, 픽셀 어레이가 M 개의 행과 N 개의 열을 갖는 경우에 대해 도시되었다. 도 3의 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이(210), 열 선택회로(220), 행 선택회로(240), 아날로그 신호 프로세서(250), A/D 컨버터(260), 기준전압 발생회로(270), 움직임 검출회로(280), 출력 버퍼(BUFFER), 및 이미지 센서를 구성하는 각 부분의 타이밍 등을 제어하는 제어회로(230)를 구비한다. 도 3에 도시된 움직임 검출기능이 내장된 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 하나의 반도체 칩으로 이루어져 있다.3 is a diagram illustrating a CMOS image sensor according to the present invention with a built-in motion detection function, which is illustrated for a case where a pixel array has M rows and N columns. The CMOS image sensor of FIG. 3 includes a pixel array 210, a column select circuit 220, a row select circuit 240, an analog signal processor 250, an A / D converter 260, a reference voltage generator 270, A motion detection circuit 280, an output buffer BUFFER, and a control circuit 230 for controlling timing of each part constituting the image sensor and the like are provided. The CMOS image sensor according to the present invention in which the motion detection function shown in FIG. 3 is incorporated consists of one semiconductor chip.
이하, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the CMOS image sensor shown in FIG. 3 will be described.
픽셀 어레이(210)로 입력된 광 신호는 픽셀 내에서 전기적 신호로 변환된다.행과 열의 조합에 의해 이미지 센서 내의 모든 픽셀이 동작하여 연속적으로 이미지 데이터를 출력한다. 행과 열의 조합에 의해 출력되는 아날로그 신호는 행 선택회로(240)에 의해 행(column)이 선택된다. 행 선택회로(240)의 출력신호는 아날로그 신호 프로세서(250)에 의해 노이즈가 제거된다. 아날로그 신호 프로세서(250)의 출력신호는 제어신호(CS)의 제어하에 A/D 컨버터(260)에 의해 디지털 신호로 변환된다. A/D 컨버터(260)의 제 1 출력신호(CO1 ~ CO(M))는 출력버퍼(BUFFER)를 통해 출력 이미지 데이터(DOUT(1:M))로서 칩 외부로 출력되거나 움직임 검출회로(280)로 전송된다. A/D 컨버터(260)의 제 2 출력신호(PSI1 ~ PSI(M))는 기준전압 발생회로(270)에 입력된다. 기준전압 발생회로(270)는 제어신호(CS)의 제어하에 A/D 컨버터(260)의 제 2 출력신호(PSI1 ~ PSI(M))의 상태에 따라 기준전압(VREF)의 크기를 변화시키고, 이 변화된 기준전압은 A/D 컨버터(260) 내에 있는 비교회로의 기준전압으로 사용된다. 움직임 검출회로(290)는 A/D 컨버터(260)의 제 1 출력신호(CO1 ~ CO(M))를 수신하여 움직임이 있는지를 판단하고, 그 결과를 제어회로(230)에 전송한다. 제어회로(230)는 움직임 검출회로(280)의 출력신호(MDO)를 수신하고, 열 선택회로(220), 행 선택회로(240), 아날로그 신호 프로세서(250), A/D 컨버터(260), 기준전압 발생회로(270), 및 움직임 검출회로(280)의 타이밍을 제어한다.The optical signal input to the pixel array 210 is converted into an electrical signal in the pixel. All pixels in the image sensor are operated by a combination of rows and columns to continuously output image data. A column is selected by the row select circuit 240 as an analog signal output by the combination of rows and columns. The output signal of the row select circuit 240 is noise removed by the analog signal processor 250. The output signal of the analog signal processor 250 is converted into a digital signal by the A / D converter 260 under the control of the control signal CS. The first output signals CO1 to CO (M) of the A / D converter 260 are output to the outside of the chip as the output image data DOUT (1: M) through the output buffer BUFFER or the motion detection circuit 280. Is sent). The second output signals PSI1 to PSI (M) of the A / D converter 260 are input to the reference voltage generation circuit 270. The reference voltage generator 270 changes the magnitude of the reference voltage VREF according to the state of the second output signals PSI1 to PSI (M) of the A / D converter 260 under the control of the control signal CS. This changed reference voltage is used as the reference voltage of the comparison circuit in the A / D converter 260. The motion detection circuit 290 receives the first output signals CO1 to CO (M) of the A / D converter 260 to determine whether there is motion, and transmits the result to the control circuit 230. The control circuit 230 receives the output signal (MDO) of the motion detection circuit 280, the column selection circuit 220, row selection circuit 240, analog signal processor 250, A / D converter 260 The timing of the reference voltage generator 270 and the motion detection circuit 280 is controlled.
도 4는 도 3에 도시된 이미지 센서에서 A/D 컨버터를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 4의 A/D 컨버터(260)는 아날로그 신호 프로세서(250)의 출력신호(ADI(1) ~ ADI(M))중 한 비트를 수신하는 제 1 입력단자와 기준전압(VREF)과 램프신호(SRAMP)중 하나를 수신하는 제 2입력단자를 갖고 A/D 컨버터(260)의 제 2 출력신호(PSI1 ~ PSI(M))를 발생시키는 복수의 비교기들(261, 262, 263), A/D 컨버터(260)의 제 2 출력신호(PSI1 ~ PSI(M))를 수신하고 픽셀 어레이의 각 행마다 나오는 1의 개수를 출력하는 복수의 카운터(264, 265, 266), 및 제어신호(CS)의 제어하에 램프신호(SRAMP)를 발생시키는 램프신호 발생회로(267)를 구비한다.FIG. 4 is a diagram illustrating an A / D converter in the image sensor illustrated in FIG. 3 in detail. The A / D converter 260 of FIG. 4 has a first input terminal for receiving one bit of the output signals ADI (1) to ADI (M) of the analog signal processor 250, a reference voltage VREF, and a ramp signal. A plurality of comparators 261, 262, 263 having a second input terminal for receiving one of the SRAMPs and generating second output signals PSI1 to PSI (M) of the A / D converter 260, A A plurality of counters 264, 265, and 266 for receiving the second output signals PSI1 to PSI (M) of the / D converter 260 and outputting the number of 1s in each row of the pixel array, and a control signal ( And a ramp signal generation circuit 267 for generating a ramp signal SRAMP under the control of CS.
아날로그 신호 프로세서(250)의 출력신호(ADI(1) ~ ADI(M))는 복수의 비교기들(261, 262, 263)에 의해 디지털 신호로 변환되는데, 그 기준이 되는 전압은 제어신호(CS)의 제어에 의해 램프신호(SRAMP)와 기준신호(VREF) 중에서 선택된 신호가 된다.The output signals ADI (1) to ADI (M) of the analog signal processor 250 are converted into digital signals by the plurality of comparators 261, 262, and 263, and the reference voltage is a control signal CS. ) Is a signal selected from the ramp signal SRAMP and the reference signal VREF.
도 5는 도 3에 도시된 이미지 센서에서 기준전압 발생회로를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 5의 기준전압 발생회로(270)는 제어신호(CS)의 제어하에 A/D 컨버터(260)의 제 2 출력신호(PSI1 ~ PSI(M))를 수신하고 병렬신호를 직렬신호로 변환하는 P/S 컨버터(271), 제어신호(CS)의 제어하에 P/S 컨버터(271)의 출력신호를 수신하고 1의 숫자와 0의 수를 세는 카운터(272), 및 제어신호(CS)의 제어하에 카운터(272)의 출력신호를 수신하고 기준전압(VREF)을 발생시키는 전압 선택회로(273)를 구비한다.FIG. 5 is a diagram illustrating in detail a reference voltage generator circuit in the image sensor shown in FIG. 3. The reference voltage generator 270 of FIG. 5 receives the second output signals PSI1 to PSI (M) of the A / D converter 260 under the control of the control signal CS, and converts the parallel signals into serial signals. The counter 272 which receives the output signal of the P / S converter 271 under the control of the P / S converter 271 and the control signal CS and counts the number of 1 and the number of 0, and the control signal CS Under control, a voltage selection circuit 273 is provided which receives the output signal of the counter 272 and generates a reference voltage VREF.
이하, 도 5에 도시된 기준전압 발생회로(270)의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the reference voltage generation circuit 270 shown in FIG. 5 will be described.
기준전압 발생회로(270)는 제어신호(CS)의 제어하에 A/D 컨버터(260)의 제 2 출력신호(PSI1 ~ PSI(M))를 수신하여 기준전압(VREF)을 발생시킨다. 제어신호(CS)는 제어회로(230)에 의해 발생되며, 움직임이 없을 경우에만 기준전압발생회로(270)가 동작하도록 한다. P/S 컨버터(271)에 의해 병렬/직렬 변환이 된 신호에 대해 카운터(272)는 1의 개수와 0의 개수를 센다. 전압 선택회로(273)는 카운터(272)의 출력상태에 따라 다른 값을 갖는 기준전압(VREF)을 발생시킨다. 예를 들어, 1의 개수와 0의 개수가 동일할 경우에는 0.75 V, 1의 개수와 0의 개수의 비율이 60 : 40일 경우에는 0.8 ~ 1.0 V, 1의 개수와 0의 개수의 비율이 40 : 60일 경우에는 0.2 ~ 0.3 V로 기준전압(VREF)을 설정하면 된다. 즉, 1의 개수가 0의 개수보다 많다는 것은 이미지 센서가 존재하는 환경이 전체적으로 어두운 경우로서 기준전압(VREF)을 높이면 되고, 1의 개수가 0의 개수보다 적다는 것은 이미지 센서가 존재하는 환경이 전체적으로 밝은 경우로서 기준전압(VREF)을 낮추면 된다.The reference voltage generator 270 receives the second output signals PSI1 to PSI (M) of the A / D converter 260 to generate the reference voltage VREF under the control of the control signal CS. The control signal CS is generated by the control circuit 230 and causes the reference voltage generation circuit 270 to operate only when there is no movement. The counter 272 counts the number of 1s and the number of 0s for the signals that are parallel / serial converted by the P / S converter 271. The voltage selector 273 generates a reference voltage VREF having a different value depending on the output state of the counter 272. For example, when the number of 1s and the number of 0s are the same, the ratio of 0.75 V, the number of 1s and the number of 0s is 60:40. In the case of 40: 60, the reference voltage (VREF) may be set to 0.2 to 0.3 V. That is, the number of 1s is greater than the number of 0s when the environment where the image sensor exists is generally dark, and the reference voltage VREF is increased. The number of 1s is smaller than the number of 0s when the environment where the image sensor exists In general, the reference voltage VREF may be reduced.
이와 같이, 램프신호(SRAMP)외에 A/D 컨버터(260)의 출력신호의 상태에 따라 다른 값을 갖는 기준전압(VREF)을 생성하는 것은 이미지 센서가 존재하는 환경에 따라 적응적으로 기준전압을 만들어 주어 움직임 검출을 보다 정확하게 하기 위함이다.As such, the generation of the reference voltage VREF having a different value depending on the state of the output signal of the A / D converter 260 in addition to the ramp signal SRAMP may be adaptively applied according to the environment in which the image sensor exists. To make the motion detection more accurate.
도 6은 도 3에 도시된 이미지 센서에서 움직임 검출회로를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 6의 움직임 검출회로(280)는 제어신호(CS)의 제어하에 A/D 컨버터(260)의 제 1 출력신호(CO1 ~ CO(M))를 수신하여 래치시키는 래치회로(281), 및 제어신호(CS)의 제어하에 래치회로(281)의 출력신호를 수신하고 움직임의 유무를 판단하여 움직임 검출신호(MDO)를 발생시키는 움직임 유무 판단회로(282)를 구비한다.FIG. 6 is a diagram illustrating a motion detection circuit in the image sensor illustrated in FIG. 3 in detail. The motion detection circuit 280 of FIG. 6 includes a latch circuit 281 for receiving and latching the first output signals CO1 to CO (M) of the A / D converter 260 under the control of the control signal CS, and A motion determination circuit 282 is provided which receives the output signal of the latch circuit 281 under the control of the control signal CS, determines whether there is motion, and generates a motion detection signal MDO.
움직임 검출회로(280)는 제어신호(CS)의 제어하에 A/D 컨버터(260)의 제 1출력신호(CO1 ~ CO(M))를 수신하고 현재의 프레임과 이전 프레임의 1의 개수를 비교한다. 비교결과 서로 차이가 있으면 움직임이 있다고 판단하고 서로 차이가 없으면 움직임이 없다고 판단한다.The motion detection circuit 280 receives the first output signals CO1 to CO (M) of the A / D converter 260 under the control of the control signal CS and compares the number of 1's of the current frame and the previous frame. do. As a result of the comparison, if there is a difference, it is judged that there is movement, and if there is no difference, it is determined that there is no movement.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.7 and 8 are flowcharts for explaining the operation of the CMOS image sensor according to the present invention.
이하, 도 7과 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 전체적인 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the overall operation of the CMOS image sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
파워 온되면 유저(user)는 CMOS 이미지 센서의 동작모드를 설정한다(S1). 동작모드가 카메라 모드이면, CMOS 이미지 센서는 모든 픽셀로부터 이미지 데이터를 출력하고(S3), 출력된 이미지 데이터에 대해 노이즈 제거 등을 위해 아날로그 신호처리를 하고(S4), A/D 변환을 하고(S5), 이미지 데이터를 칩 밖으로 출력한다(S6). 카메라 모드에서 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 종래의 CMOS 이미지 센서와 동일하게 동작하여 이미지를 감지한다.When the power is turned on, the user sets the operation mode of the CMOS image sensor (S1). When the operation mode is the camera mode, the CMOS image sensor outputs image data from all pixels (S3), performs analog signal processing on the output image data to remove noise (S4), and performs A / D conversion ( S5) Image data is output out of the chip (S6). In the camera mode, the CMOS image sensor according to the present invention operates in the same manner as a conventional CMOS image sensor to sense an image.
동작모드가 움직임 검출모드이면, CMOS 이미지 센서는 선택된 픽셀로부터 이미지 데이터를 출력하고(S7), 출력된 이미지 데이터에 대해 노이즈 제거 등을 위해 아날로그 신호처리를 하고(S8), 이미지 데이터를 기준전압과 비교하여 A/D 변환을 한다(S9). 이미지 데이터로부터 움직임이 있는지 또는 없는지를 판단하고(S10), 움직임이 없으면 단계(S7)로 가고, 움직임이 있으면 이미지 데이터를 출력할 프레임의 수(FN)을 설정하고(S12), 모든 픽셀로부터 이미지 데이터를 출력하고(S13), 출력된 이미지 데이터에 대해 노이즈 제거 등을 위해 아날로그 신호처리를하고(S14), 이미지 데이터를 출력하는 반복회수가 설정된 프레임의 수(FN)에 이르렀는가를 판단하고(S15), 반복회수가 설정된 프레임의 수(FN)에 이르지 못했으면 A/D 변환을 하고(S16), 이미지 데이터를 칩 밖으로 출력하고(S17), 반복회수가 설정된 프레임의 수(FN)에 도달했으면 단계(S7)로 간다.If the operation mode is the motion detection mode, the CMOS image sensor outputs image data from the selected pixel (S7), performs analog signal processing on the output image data to remove noise (S8), and converts the image data into a reference voltage. A / D conversion is performed by comparison (S9). From the image data, it is determined whether there is motion or not (S10), if there is no motion, go to step S7, if there is motion, set the number of frames FN to output the image data (S12), and image from all the pixels. Outputting data (S13), performing analog signal processing on the output image data to remove noise (S14), and determining whether the number of repetitions for outputting the image data reaches the set number of frames (FN) (S14); S15), if the repetition number does not reach the set number of frames (FN), A / D conversion is performed (S16), image data is output out of the chip (S17), and the repetition number reaches the set number of frames (FN). If yes, go to step S7.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서에 의하면, 움직임 검출이 CMOS 이미지 센서 칩 내에서 이루어지고 움직임이 있을 경우와 움직임이 없을 경우에 반도체 칩 내부에 있는 회로의 일부가 동작하지 않도록 제어함으로써 전력소모를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서에 의하면, 움직임 검출시 모든 이미지 데이터를 출력하지 않고 선택된 픽셀의 이미지 데이터만 출력함으로써 전력소모를 더욱 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서는 배터리로 동작이 가능하다.As described above, according to the CMOS image sensor according to the present invention, the motion detection is performed in the CMOS image sensor chip, and by controlling such that a part of the circuit inside the semiconductor chip does not operate when there is motion and when there is no motion. Power consumption can be reduced. In addition, according to the CMOS image sensor according to the present invention, power consumption can be further reduced by outputting only image data of a selected pixel instead of outputting all image data upon motion detection. Therefore, the CMOS image sensor according to the present invention can operate with a battery.
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