KR20050080236A - 화면 주변부의 밝기를 보상하는 고체 촬상 소자 및 그구동 방법 - Google Patents

화면 주변부의 밝기를 보상하는 고체 촬상 소자 및 그구동 방법 Download PDF

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Abstract

화면 주변부의 밝기를 보상하는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법이 개시된다. 상기 고체 촬상 소자는, APS 어레이의 열 및 행에서 광소자의 축적 시간을 중심부는 짧게 하고 주변부로 갈수록 길게 변화를 주어, 전체 픽셀에서 광소자의 감도가 일정하고, 광소자에서 감지된 영상신호의 크기가 유니폼(uniform)하게 출력된다. 따라서, APS 어레이의 중심부와 주변부에서 출력되는 영상신호 레벨의 상대적인 차이가 없어지고, 에지(edge)부분의 SNR(signal to noise)이나 감도(sensitivity)의 감소를 해소할 수 있다.

Description

화면 주변부의 밝기를 보상하는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법{Solid state image sensing device compensating brightness of the side display area and driving method thereof}
본 발명은 고체 촬상 소자(solid state image sensing device)에 관한 것으로, 특히 CIS(CMOS Image Sensor) 형 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
CIS형 고체 촬상 소자는 휴대폰 카메라, 디지털 스틸 카메라(digital still camera) 등에 장착되어, 시야에 전개되는 영상을 촬상하여 전기적 신호로 변환하여, 디지털 신호 처리부로 전송한다. 디지털 신호 처리부는 고체 촬상 소자에서 출력되는 컬러 이미지 데이터(R, G, B)를 신호처리하여 LCD(liquid crystal display)와 같은 디스플레이 장치를 구동한다.
도 1은 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자(100)를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자(100)는 APS(active pixel sensor) 어레이(110), 로우(row) 드라이버(120), 및 아날로그-디지털 변환부(ADC: analog-digital converter)(130)를 구비한다. 로우 드라이버(120)는 로우 디코더(미도시)에서 제어 신호를 받고, 아날로그-디지털 변환부(130)는 열(column) 디코더(미도시)에서 제어 신호를 받는다. 이외에 상기 고체 촬상 소자(100)는 전반적인 타이밍제어 신호들과 각 픽셀의 선택 및 감지된 영상신호의 출력을 위한 어드레싱(addressing) 신호들을 생성하는 콘트롤부(미도시)를 구비한다. 통상적으로 칼라 고체 촬상 소자(100)인 경우에, APS 어레이(110)를 이루는 각 픽셀 상부에 특정 컬러의 빛만 받아들이도록 컬러 필터(color filter)를 설치하는데, 색 신호를 구성하기 위하여 적어도 3 가지 종류의 컬러 필터를 배치한다. 가장 일반적인 컬러 필터 어레이는 한 행에 R(red), G(green) 2 가지 컬러의 패턴, 및 다른 행에 G(green), B(blue) 2 가지 컬러의 패턴이 반복적으로 배치되는 베이어(Bayer) 패턴을 가진다. 이때, 휘도 신호와 밀접한 관련이 있는 G(green)는 모든 행에 배치되고, R(red) 컬러, B(blue) 컬러는 각 행마다 엇갈리게 배치되어 휘도 해상도를 높인다. 디지털 스틸 카메라 등에는 해상도를 높이기 위하여 100만 픽셀 이상의 많은 픽셀을 배열한 CIS가 적용되어 있다.
이와 같은 픽셀 구조를 가지는 CIS형 고체 촬상 소자(100)에서, 상기 APS 어레이(110)는 광소자(photodiode)를 이용하여 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하여 영상신호를 생성한다. 상기 APS 어레이(110)에서 출력되는 영상신호는 R(red), G(green), B(blue) 3색의 아날로그 신호이다. 아날로그-디지털 변환부(130)는 상기 픽셀 어레이(110)에서 출력되는 아날로그 영상신호를 받아 디지털 신호로 변환한다.
도 1과 같은 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자(100)에서, 광소자에서 감지된 영상신호를 아날로그-디지털 변환부(130)에서 디지털 신호로 변환할 때, CDS(correlated double sampling) 방식을 이용한다. 이와 같은 구동 방식에 대하여는 미국 특허, "USP5,982,318", 또는 "USP6,067,113" 등에 잘 나타나 있다. CDS 방식의 아날로그-디지털 변환에서는 기본적으로 픽셀 어레이(110)에서 리셋신호를 받은 후, 광소자에서 감지된 영상신호를 받아 디지털 신호로 변환하는 두 단계로 구분된다. 광소자에서 소정 주기로 빛을 새로이 감지할 때마다, 광소자가 새로이 감지된 영상신호를 아날로그-디지털 변환부(130)로 출력하기 전에, 픽셀 어레이(110)는 아날로그-디지털 변환부(130)로 리셋신호를 출력한다. 아날로그-디지털 변환부(130)는 리셋신호를 받아 리셋한 후에, 광소자로부터 입력받는 영상신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 이와 같이 변환된 디지털 신호는 디지털 신호 처리부로 출력되어 소정 보간(interpolation) 처리된다. 또한, 후속하는 디지털 신호 처리부는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 해당 해상도에 적합한 구동 신호들을 생성하여, 디스플레이 장치를 구동한다.
도 2는 APS 어레이(110)의 수평 위치에 대한 축적 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2와 같이, 일반적으로, APS 어레이(110)의 수평 위치에 대한 광소자의 축적 시간은 일정하게 설계된다. 도 3은 APS어레이의 수평위치에 대한 감도와의 관계를 나타내는 그래프이다. APS 어레이(110)의 수평 위치에 대한 광소자의 감도(sensitivity)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 중심부에 비하여 주변부에서 상대적으로 작게 나타난다. 따라서, 도 2와 같이, 모든 픽셀에서의 광소자의 축적 시간이 일정하면, 공간적으로 APS 어레이(110)의 중심부에서는, 픽셀을 구성하는 광소자가 빛을 많이 받아들여 많은 전하를 축적하고, 주변부 픽셀일수록 광소자가 빛을 적게 받아들여 상대적으로 적은 전하를 축적한다. 이와 같은 종래의 CIS형 고체 촬상 소자(100)에서 출력되는 영상신호에 의하여 디스플레이할 경우에, 디스플레이 장치의 화면상에 중심부는 밝고 주변부는 상대적으로 어둡게 보이는 문제점이 있다. 이와 같은 문제는, 픽셀 수가 352*288인 CIF(Common Intermediate format)의 경우에 작게 나타나지만, 픽셀 수가 1280*1024인 SXGA(Super Extended Graphics Adaptor)의 경우는 심각하고, 해상도가 증가할 수록 이러한 문제는 더 심해진다.
이와 같이 나타나는 중심부와 주변부 사이의 밝기 차이를 해소하기 위하여, APS 어레이(110)의 픽셀 설계와 공정 콘트롤에 의존하는 것은 한계가 있으며, 아날로그-디지털 변환부(130) 내에 PGA(Programmable Gain Amplifier)를 사용하거나 아날로그-디지털 변환부(130)의 출력 신호를 ISP(Image Digital Signal Processor)에서 보상하는 방법이 시도되고 있다. 그러나, 이와 같이 신호 처리하는 경우에도 양자화 잡음은 증가하므로, 화면상에 깜박 거림등 다른 문제점을 야기한다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 양자화 잡음은 증가시키지 않으면서, 디스플레이 화면의 밝기가 전체적으로 고르게 나타나도록, APS 어레이의 에지(edge)부분의 SNR(signal to noise)이나 감도(sensitivity)의 감소 없이, 중심부와 주변부가 유니폼한 레벨을 가지는 영상신호를 출력할 수 있는 고체 촬상 소자를 제공하는 데 있다.
디스플레이 화면의 밝기가 전체적으로 고르게 나타나도록 APS 어레이의 중심부와 주변부가 유니폼한 레벨을 가지는 영상신호를 출력할 수 있는 고체 촬상 소자 구동 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는, APS 어레이, 로우 드라이버, 축적 시간 콘트롤 드라이버, 및 아날로그-디지털 변환부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 APS 어레이는 2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있고, 선택된 행에서, 전달 제어 신호에 응답하여 광소자로부터 광전 변환된 영상신호를 출력하고, 리셋 제어 신호에 응답하여 리셋신호를 생성하여 출력한다. 상기 로우 드라이버는 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하고, 상기 리셋 제어 신호를 생성한다. 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는 상기 광소자들의 축적 시간을 일정하지 않게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성한다. 상기 아날로그-디지털 변환부는 상기 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는, 상기 APS 어레이가 다수 행씩 분류된 다수 개의 그룹들에 대하여 서로 다른 형태로 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하고, 상기 선택된 행에 해당하는 그룹의 각 행의 광소자들의 축적 시간은 일정하지 않고 상기 해당 그룹 내에서 같은 열에 배열된 광소자들의 축적 시간은 모두 같게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는, 상기 해당 그룹의 각 행의 광소자들의 축적 시간이 중심부에서 양주변부로 갈수록 점점 커지게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는, 상기 APS 어레이가 분류된 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들의 축적 시간은 모두 같게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는, 카운터, 레지스터, 및 전달 제어 신호 생성 로직을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 카운터는 수직 동기 신호에 동기된 시스템 클럭을 카운트하여 상기 APS 어레이의 행 번호를 알리는 행 번호 정보를 생성한다. 상기 레지스터는 상기 행 번호 정보를 이용하여 해당 행의 곡률 정보를 생성한다. 상기 전달 제어 신호 생성 로직은 상기 곡률 정보를 이용하여 상기 전달 제어 신호를 생성한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체 촬상 소자 구동 방법은, 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하는 단계; 리셋 제어 신호를 생성하는 단계; 2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있는 APS 어레이의 광소자들의 축적 시간을 일정하지 않게 설정한 전달 제어 신호를 생성하는 단계; 상기 APS 어레이의 선택된 행에서, 상기 전달 제어 신호에 응답하여 광소자로부터 광전 변환된 영상신호를 출력하고, 상기 리셋 제어 신호에 응답하여 리셋신호를 생성하여 출력하는 단계; 및 상기 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 CIS형 고체 촬상 소자(400)를 나타내는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIS형 고체 촬상 소자(400)는 APS(active pixel sensor) 어레이(410), 로우 드라이버(row driver)(420), 축적 시간 콘트롤 드라이버(integration time control driver)(430), 및 아날로그-디지털 변환부(analog-digital converter)(440)를 구비한다.
상기 APS 어레이(410)에는 2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있다. 주지된 바와 같이, 상기 APS 어레이(410)의 픽셀들 각각은 도 5와 같은 회로로 구성된다. 도 5를 참조하면, 상기 APS 어레이(410)는, 행 선택신호(SEL)에 의하여 선택된 행에서, 전달 제어 신호(TX)에 응답하여 광소자(PD:photo diode)로부터 광전 변환된 영상신호(VFD)를 출력하고, 리셋 제어 신호(RX)에 응답하여 리셋신호(VRST)를 생성하여 출력한다. 즉, 도 5에서, 하나의 픽셀은 4개의 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)들(M1~M4), 하나의 광소자(PD), 및 바이어스 회로를 모델링하여 나타낸 전류원(CS1)으로 구성된다. 상기 행 선택신호(SEL)가 논리 하이 상태로 액티브된 상태에서, 상기 리셋 제어 신호(RX)가 논리 하이 상태로 액티브되면, 전원(VDD)로부터 전달된 FD 노드의 전압이 소스 폴로워(source follower) 역할을 하는 M3의 소스 단자를 통하여 출력된다. M3의 소스 단자로 출력된 FD 노드의 전압은 M1의 소스 단자를 통하여 리셋신호(VRST)로서 아날로그-디지털 변환부(440)로 출력된다. 실질적으로는 상기 리셋 제어 신호(RX)가 논리 로우 상태로 폴링(falling)할 때, 클럭 피드 쓰루우(clock feed through) 등의 영향을 받아 FD 노드의 전압보다 약간 작아진 전압이 리셋신호(VRST)로 될 수 있다. 한편, 상기 전달 제어 신호(TX)가 논리 하이 상태로 액티브될 때에는, 상기 리셋 제어 신호(RX)가 논리 로우 상태로 된 상태이며, 이때에는 광소자(PD)로부터 광전 변환된 영상신호(VFD)가 M1의 소스 단자를 통하여 아날로그-디지털 변환부(440)로 출력된다.
상기 로우 드라이버(420)는 순차적으로 액티브되는 행 선택신호(SEL)를 생성하여 상기 APS 어레이(410)의 각 행을 선택하고, 상기 리셋 제어 신호(RX)를 생성한다.
상기 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)는 상기 광소자들(PD)의 축적 시간을 일정하지 않게 설정한 상기 전달 제어 신호(TX)를 생성한다. 즉, 본 발명의 일실시예에서는 디스플레이 화면의 밝기가 중심부와 주변부 전체적으로 고르게 나타나도록 하기위하여, APS 어레이(410)의 광소자들(PD)의 축적 시간이 모두 일정한 것은 아니고, 주변부의 광소자들(PD)의 축적 시간이 길게 설정된 전달 제어 신호(TX)를 생성하는 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)를 제안하였다. 즉, 디스플레이 화면의 밝기는 주변부, 즉, 상기 APS 어레이(410)의 모서리 부분쪽에 대응하는 위치에서 중심부에 비하여 상대적으로 어둡게 나타난다. 따라서, 상기 APS 어레이(410)의 모서리 부분쪽에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간을 길게 설정함으로써, 디스플레이 화면의 밝기가 전체적으로 고르게 나타나도록 할 수 있다. 그런데, 이와 같이 상기 APS 어레이(410)의 모서리 부분쪽의 축적 시간을 상대적으로 길게 콘트롤하기 위하여, 행마다 광소자들(PD)이 서로 다른 축적 시간을 갖도록 하기 위하여는 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)의 하드웨어를 너무 복잡하게 한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 APS 어레이(410)를 다수 행씩 다수개의 그룹들(A, B, C, D)로 분류하고, 광소자들(PD)이 서로 다른 축적 시간을 갖도록 콘트롤한다. 도 4에서, 상기 APS 어레이(410)는 4 개의 그룹들(A, B, C, D)로 분류되었으나, 더 많은 그룹이 존재할 수 있고, 그 그룹의 수는 홀수개이든 짝수개 이든 무관하다. 그룹들(A, B, C, D) 각각에서, 하나의 그룹 내의 모든 행에 대하여 같은 형태로 축적 시간 콘트롤이 이루어지며, 하나의 그룹 내의 열들에 대해서는 서로 다른 축적 시간을 갖도록 축적 시간 콘트롤이 이루어진다. 이와 같은, 축적 시간 콘트롤에 대해서는, 도 6 내지 도 11의 설명에서 더 자세히 기술된다.
한편, 상기 아날로그-디지털 변환부(440)는, CDS(correlated double sampling) 방식에 따라, 상기 리셋신호(VRST)에 대한 상기 영상신호(VFD)의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 이와 같이 변환된 디지털 신호는 디지털 신호 처리부로 출력되어 소정 보간(interpolation) 처리된다. 또한, 후속하는 디지털 신호 처리부는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 해당 해상도에 적합한 구동 신호들을 생성하여, 디스플레이 장치를 구동한다.
도 6은 도 4의 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)를 구체적으로 나타낸 블록도이다. 도 6을 참조하면, 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)는, 카운터(431), 레지스터(432), 및 전달 제어 신호 생성 로직(433)을 구비한다.
상기 카운터(431)는 수직 동기 신호(VS)에 동기된 시스템 클럭(SCLK)을 카운트하여 상기 APS 어레이(410)의 행 번호를 알리는 행 번호 정보(ROWNUM)를 생성한다. 상기 수직 동기 신호(VS)는 한 화면, 즉, 한 프레임 기간을 알리는 신호이다. 반면, 도 4에서 상기 행 선택신호(SEL)는 각 행의 리셋신호(VRST)와 영상신호(VFD)를 전달하기 위하여 매 행을 선택할 때마다 액티브 되는 신호이다. 시스템 클럭(SCLK)은 상기 행 선택신호(SEL)를 생성할 때에도 사용되고, 상기 행 선택신호(SEL)에 동기되어 있다.
상기 레지스터(432)는 상기 행 번호 정보(ROWNUM)를 이용하여 해당 행의 곡률 정보(CVD:cavature data)를 생성한다. 예를 들어, 상기 곡률 정보(CVD)는 도 4와 같이, 상기 APS 어레이(410)가 4개의 그룹들(A, B, C, D)로 분류된 경우에, 도 7과 같이, 각 그룹마다 APS 어레이(410)의 수평 위치에 대한 축적 시간을 알리는 정보이다. 도 7에서, X는 APS 어레이(410)의 왼 쪽 끝 또는 오른 쪽 끝부터의 수평 위치를 나타낸다. 즉, 도 7에서, 도 4의 (A), 및 (D) 그룹은 (B), 및 (C) 그룹에 비하여 APS 어레이(410)의 좌우에서 좀더 긴 축적 시간을 가진다. 이는 APS 어레이(410)의 모서리 부분쪽에 대응하는 디스플레이 화면이 중앙쪽 좌우에 비하여 더 어둡게 나타나기 때문에, 이를 보상해주기 위함이다.
이와 같이, 상기 곡률 정보(CVD)를 이용하는 것은, 축적 시간에 대한 광소자(PD)의 감도 및 영상신호(VFD)의 관계가 도 8과 같이 나타나기 때문에 가능하다. 즉, 축적 시간이 커질수록 광소자(PD)의 감도 및 영상신호(VFD)는 커진다. 따라서, 광소자(PD)의 축적 시간을 증가시킴으로써, PGA(Programmable Gain Amplifier)에서 게인(gain)을 증가시켜 출력 전압을 키우는 것과 같은 역할을 할 수 있다는 것을 의미한다.
이와 같은 관계에 따라, 상기 전달 제어 신호 생성 로직(433)은 상기 곡률 정보(CVD)를 이용하여, 그룹들(A, B, C, D) 각각에 대하여 일정하지 않은 전달 제어 신호(TX)를 생성한다. 즉, 위에서 기술한 바와 같이, 상기 전달 제어 신호(TX)는 하나의 그룹 내의 모든 행이 같은 형태로 축적 시간을 갖도록 설정되며, 하나의 그룹 내의 열들에 대해서는 서로 다르게 축적 시간을 갖도록 설정된다. 상기 APS 어레이(410)가 다수 행씩 분류된 다수 개의 그룹들(A, B, C, D) 각각에 대해서는, 상기 전달 제어 신호(TX)가 서로 다른 형태로 설정된다. 이와 같이, 상기 전달 제어 신호(TX)가 생성되는 경우에, APS 어레이(410)의 수평 위치에 대한 감도와의 관계는 도 9와 같이, 일정하게 된다. 따라서, APS 어레이(410)의 중심부와 주변부에 대응하는 디스플레이 화면의 밝기가 고르게 나타난다.
이하, 도 4의 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)의 동작을 좀더 상세하게 설명한다.
도 10은 도 4의 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)의 동작 설명을 위한 타이밍도이다. 도 10을 참조하면, 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)의 상기 전달 제어 신호 생성 로직(433)은 그룹들(A, B, C, D) 각각에 대하여, 각 열에 따라 서로 다른 전달 제어 신호(TX)를 생성하여 출력한다. 즉, 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버(430)의 상기 전달 제어 신호 생성 로직(433)은, 해당 그룹의 각 행의 광소자들(PD)의 축적 시간이 중심부에서 양주변부로 갈수록 점점 커지게 설정한 상기 전달 제어 신호(TX)를 생성한다. 예를 들어, 도 11과 같은 곡률 정보(CVD)를 가지는 해당 그룹에 대하여, 도 10과 같이 전달 제어 신호(TX)를 생성하면, x1 위치의 픽셀에서는 TX(x1)을 전달 제어 신호(TX)로서 받아, 해당 광소자(PD)는 T1 기간 동안 빛을 축적하여 광전 변환한다. 마찬가지로, xn 위치의 픽셀에서는 TX(xn)을 전달 제어 신호(TX)로서 받아, 해당 광소자(PD)는 Tn 기간 동안 빛을 축적하여 광전 변환한다. 이때, 상기 APS 어레이(410)가 도 4와 같이 짝수 개의 그룹들(A, B, C, D)로 분류된 경우에, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간은 모두 같게 설정된다. 상기 APS 어레이(410)가 도 4와 같이 짝수 개의 그룹들(A, B, C, D)로 분류된 경우에, 중심 행을 기준으로 대칭되는 그룹들의 곡률 정보(CVD)는 같기 때문이다.
또한, 상기 APS 어레이(410)가 홀수 개의 그룹들로 분류된 경우에도, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간은 모두 같게 설정된다. 즉, 상기 APS 어레이(410)가 홀수 개의 그룹들로 분류된 경우에, 중심 픽셀 주위의 중심 그룹에서는, 각 행의 광소자들(PD)의 축적 시간은 일정하지 않고, 그 해당 그룹 내에서 같은 열에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간은 모두 같게 설정된다. 따라서, 중심 그룹에서는 같은 열에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간이 모두 같으므로, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간은 모두 같다. 또한, 중심 그룹이외의 그룹들에서도, 중심 행을 기준으로 대칭되는 그룹들의 곡률 정보(CVD)는 같게 설정되고, 이에 따라 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들(PD)의 축적 시간이 모두 같도록 설정된다.
위에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고체 촬상 소자(400)는, APS 어레이(410)의 열 및 행에서 광소자(PD)의 축적 시간을 중심부는 짧게 하고 주변부로 갈수록 길게 변화를 주어, 전체 픽셀에서 광소자(PD)의 감도가 일정하고, 광소자(PD)에서 감지된 영상신호(VFD)의 크기가 유니폼(uniform)하게 출력된다. 따라서, APS 어레이(410)의 중심부와 주변부에서 출력되는 영상신호(VFD) 레벨의 상대적인 차이가 없어지고, 에지(edge)부분의 SNR(signal to noise)이나 감도(sensitivity)의 감소를 해소할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고체 촬상 소자는, 양자화 잡음이 없이 APS 어레이의 중심부와 주변부가 유니폼한 레벨을 가지는 영상신호를 출력할 수 있다. 따라서, 디스플레이 화면 밝기가 전체적으로 고르게 나타나는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 일반적인 CIS형 고체 촬상 소자를 나타내는 블록도이다.
도 2는 APS 어레이의 수평 위치에 대한 축적 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 APS어레이의 수평위치에 대한 감도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 CIS형 고체 촬상 소자를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 APS 어레이의 단위 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 4의 축적 시간 콘트롤 드라이버를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 7은 도 4의 고체 촬상 소자에서 APS 어레이의 수평 위치에 대한 축적 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 4의 고체 촬상 소자에서 APS 어레이의 축적 시간에 대한 감도/영상신호와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 4의 고체 촬상 소자에서 APS 어레이의 수평 위치에 대한 감도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 4의 축적 시간 콘트롤 드라이버의 동작 설명을 위한 타이밍도이다.
도 11은 도 10에 따른 APS 어레이의 수평 위치에 대한 축적 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.

Claims (14)

  1. 2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있고, 선택된 행에서, 전달 제어 신호에 응답하여 광소자로부터 광전 변환된 영상신호를 출력하고, 리셋 제어 신호에 응답하여 리셋신호를 생성하여 출력하는 APS 어레이;
    순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하고, 상기 리셋 제어 신호를 생성하는 로우 드라이버;
    상기 광소자들의 축적 시간을 일정하지 않게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 축적 시간 콘트롤 드라이버; 및
    상기 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는,
    상기 APS 어레이가 다수 행씩 분류된 다수 개의 그룹들에 대하여 서로 다른 형태로 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하고, 상기 선택된 행에 해당하는 그룹의 각 행의 광소자들의 축적 시간은 일정하지 않고 상기 해당 그룹 내에서 같은 열에 배열된 광소자들의 축적 시간은 모두 같게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는,
    상기 해당 그룹의 각 행의 광소자들의 축적 시간이 중심부에서 양주변부로 갈수록 점점 커지게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는,
    상기 APS 어레이가 분류된 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들의 축적 시간은 모두 같게 설정한 상기 전달 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 축적 시간 콘트롤 드라이버는,
    수직 동기 신호에 동기된 시스템 클럭을 카운트하여 상기 APS 어레이의 행 번호를 알리는 행 번호 정보를 생성하는 카운터;
    상기 행 번호 정보를 이용하여 해당 행의 곡률 정보를 생성하는 레지스터; 및
    상기 곡률 정보를 이용하여 상기 전달 제어 신호를 생성하는 전달 제어 신호 생성 로직을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 레지스터는,
    상기 APS 어레이가 분류된 짝수개의 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들의 축적 시간이 모두 같게 설정되도록 하는 상기 곡률 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 레지스터는,
    상기 APS 어레이가 분류된 홀수 개의 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열되고 중심 그룹에는 속하지 않는 광소자들의 축적 시간이 모두 같게 설정되도록 하는 상기 곡률 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 순차적으로 액티브되는 행 선택신호를 생성하여 상기 APS 어레이의 각 행을 선택하는 단계;
    리셋 제어 신호를 생성하는 단계;
    2차원 행렬형태로 픽셀들이 배열되어 있는 APS 어레이의 광소자들의 축적 시간을 일정하지 않게 설정한 전달 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 APS 어레이의 선택된 행에서, 상기 전달 제어 신호에 응답하여 광소자로부터 광전 변환된 영상신호를 출력하고, 상기 리셋 제어 신호에 응답하여 리셋신호를 생성하여 출력하는 단계; 및
    상기 리셋신호에 대한 상기 영상신호의 차이에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 전달 제어 신호는,
    상기 APS 어레이가 다수 행씩 분류된 다수 개의 그룹들에 대하여 서로 다른 형태로 설정되고, 상기 선택된 행에 해당하는 그룹의 각 행의 광소자들의 축적 시간은 일정하지 않고 상기 해당 그룹 내에서 같은 열에 배열된 광소자들의 축적 시간은 모두 같게 설정된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전달 제어 신호는,
    상기 해당 그룹의 각 행의 광소자들의 축적 시간이 중심부에서 양주변부로 갈수록 점점 커지게 설정된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 전달 제어 신호는,
    상기 APS 어레이가 분류된 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들의 축적 시간은 모두 같게 설정된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 전달 제어 신호 생성 단계는,
    수직 동기 신호에 동기된 시스템 클럭을 카운트하여 상기 APS 어레이의 행 번호를 알리는 행 번호 정보를 생성하는 단계;
    상기 행 번호 정보를 이용하여 해당 행의 곡률 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 곡률 정보를 이용하여 상기 전달 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 곡률 정보는,
    상기 APS 어레이가 분류된 짝수개의 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열된 광소자들의 축적 시간이 모두 같게 설정되도록 하는 정보인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 곡률 정보는,
    상기 APS 어레이가 분류된 홀수 개의 그룹들에 대하여, 중심 행을 기준으로 대칭되는 위치에 배열되고 중심 그룹에는 속하지 않는 광소자들의 축적 시간이 모두 같게 설정되도록 하는 정보인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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