KR20070070467A - Image sensor having storage means and method for generating image data using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 이미지 센서의 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing the configuration of a conventional image sensor,
도 2는 롤링 셔터 방식을 사용할 때 나타나는 이미지의 왜곡을 나타낸 도면,2 is a view showing a distortion of an image that appears when using a rolling shutter method;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 배열부의 이미지 화소부의 구성을 나타낸 도면,3 is a view illustrating a configuration of an image pixel unit of a pixel array unit of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 4는 이미지 센서의 화소 배열부의 이미지 화소부의 동작 순서를 나타낸 순서도,4 is a flowchart illustrating an operation procedure of an image pixel unit of a pixel array unit of an image sensor;
도 5는 저장체가 포토다이오드인 경우에 전하의 흐름을 나타낸 도면,5 is a view showing the flow of charge when the storage body is a photodiode,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 포토게이트의 동작을 설명하기 위한 도면,6 is a view for explaining the operation of the photogate used in the preferred embodiment of the present invention,
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 포토게이트를 이용한 이미지 화소부를 나타낸 도면,7 is a view illustrating an image pixel unit using a photogate according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 포토게이트를 저장체로 이용한 이미지 화소부의 동작을 나타낸 도면,8 is a view illustrating an operation of an image pixel unit using a photogate as a storage body according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 화소부를 사용한 경우 종래의 롤링 셔터방식과 비교되는 효과를 나타낸 도면이다.9 is a view showing an effect compared to the conventional rolling shutter method when using the image pixel unit according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
301…수광체, 303…저장체,301... Light receiver, 303... Reservoir,
305…제1 스위치, 307…제2 스위치,305... First switch, 307... Second switch,
307…제2 스위치, 309…제3 스위치,307... Second switch, 309... Third switch,
311…제4 스위치.311... Fourth switch.
본 발명은 저장체를 포함하는 이미지 센서 및 이를 이용한 이미지 데이터 생성 방법에 관한 것으로서, 이미지 센서를 구성하는 화소 배열부의 이미지 화소부에 저장체를 구비하도록 함으로써 롤링 셔터 효과를 방지할 수 있는 이미지 센서 및 이를 이용한 이미지 데이터 생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor including a storage body and a method of generating image data using the same, comprising: an image sensor capable of preventing a rolling shutter effect by providing a storage body in an image pixel portion of a pixel array unit constituting the image sensor; It relates to a method of generating image data using the same.
이미지 센서(image sensor)는 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 이에 상응하는 전기적 신호를 생성함으로써 피사체에 대한 디지털 이미지 신호를 생성하는 장치를 말한다. 이러한 이미지 센서는 포토다이오드(photo diode)를 사용하여 피사체로부터 수광되는 빛에 상응하는 전하를 생성하고 생성된 전하를 검출하는 방식으 로 이미지 신호를 생성한다. An image sensor refers to a device that generates a digital image signal for a subject by receiving light reflected from the subject and generating an electrical signal corresponding thereto. Such an image sensor generates an image signal by using a photo diode to generate a charge corresponding to light received from a subject and to detect the generated charge.
이러한 이미지 센서는 통상적으로 포토 다이오드와 트랜지스터 등으로 구성되는 이미지 화소부가 복수개의 행 및 열 단위로 배열되는 화소 배열부를 포함하며, 이러한 화소 배열부는 행 신호 선택부나 열 신호 선택부에 의해 선택되어 행 또는 열 단위로 순차적으로이미지 신호를 생성하게 된다. Such an image sensor typically includes a pixel array unit in which an image pixel portion composed of a photodiode, a transistor, etc. is arranged in a plurality of rows and columns, and the pixel array portion is selected by a row signal selector or a column signal selector, Image signals are sequentially generated in units of columns.
도 1은 이러한 종래의 이미지 센서의 구성을 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the configuration of such a conventional image sensor.
도 1을 참조하면, 종래의 이미지 센서는 화소 배열부(101), 행 신호 선택부(103), 아날로그 신호 검출부(105), 열 신호 변환부(107) 및 열 신호 선택부(109)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a conventional image sensor includes a
화소 배열부(101)는 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 그에 상응하는 전하를 생성하는 부분으로서, 화소 배열부(101)는 보통 복수개의 행 및 열 단위로 구성된 이미지 화소부를 포함하며, 각 이미지 화소부(111)는 각각 포토다이오드와 트랜지스터 등으로 구성된다.The
행 신호 선택부(103)는 화소 배열부(101)를 구성하는 각 이미지 화소부(111)를 행 단위로 선택하도록 제어하고, 열 신호 선택부(109)는 화소 배열부(101)를 구성하는 각 이미지 화소부(111)를 열 단위로 선택하도록제어한다. The
아날로그 신호 검출부(105)는 화소 배열부(101)에서 전송되어온 각 이미지 화소부(111)에서 생성된 전하를 검출하는 부분이다. 각 이미지 화소부(111)는 아날로그 신호 검출부(105)와 열 단위로 연결되어 있어서, 행 신호 선택부(103)에서 선택된 행의 각 열에 존재하는 이미지 화소부(111)에서 생성된 전하를 아날로그 신호 검출부(105)로 전송할 수 있다. The
또한, 열 신호 변환부(107)는 상기의 아날로그 신호 검출부(105)에서 검출된 전하를 디지털 신호로 변환시킨다.In addition, the
이러한 구성의 종래의 이미지 센서에서 행 신호 선택부(103)는 이미지 배열부(101)의 첫 번째 행에 속하는 이미지 화소부(111)부터 순차적으로 동작시킨다. 이 때, 첫 번째 행에 속하는 이미지 화소부(111)에서 수광된 신호에 의해서 생성된 전하가 아날로그 신호 검출부(105) 및 열 신호 변환부(107)에서 검출 및 변환되어야 다음 행에 속하는 이미지 화소부(111)를 동작 시킬 수 있으므로, 첫 번째 행이 선택되는 시점과 다음 행이 선택되는 시점은 시간 간격이 발생하게 되고, 이에 따라 예컨대 피사체가 움직이거나 디지털 촬상 장치가 흔들리는 경우에는 이미지의 왜곡 현상이 발생한다. 이를 롤링 셔터(rolling shutter) 방식이라고 한다.In the conventional image sensor having such a configuration, the row
도 2는 이러한 롤링 셔터 방식을 사용할 때 나타나는 이미지의 왜곡을 나타낸 도면으로서, 6개의 행을 가지는 이미지 센서에서 연속적인 프레임의 이미지 데이터를 생성할 때 피사체가 오른쪽으로 움직이는 경우 나타나는 이미지의 왜곡을 나타낸 것이다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 화소 배열부(101)는 행 단위로 순차적으로전하를 검출하고 변환하는 작업을 수행하게 되므로, 피사체가 오른쪽으로 움직임에 따라 행 단위로 피사체의 이미지가 왜곡되기 때문이다. FIG. 2 is a diagram illustrating distortion of an image that appears when using such a rolling shutter method, and illustrates distortion of an image that appears when a subject moves to the right when generating image data of consecutive frames in an image sensor having six rows. . This is because, as described above, the
이렇게 종래의 이미지 센서 및 롤링 셔터 방식에서는 한 프레임의 이미지 데이터를 생성하는 경우, 이미지 센서의 화소 배열부가 순차적으로 동작함에 따라 행 단위로 노출이 달라지고, 또한 이미지 데이터를 검출하고 변환하는 시간이 달라짐 에 따라서, 이미지가 왜곡된다는 문제점이 있다.In the conventional image sensor and the rolling shutter method, when generating image data of one frame, the exposure is changed in units of rows as the pixel array units of the image sensor are sequentially operated, and the time for detecting and converting the image data is changed. Accordingly, there is a problem that the image is distorted.
본 발명은 상술한 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 이미지 센서를 구성하는 복수개의 이미지 화소부에 저장체를 구비함으써, 롤링 셔터 문제를 해결하여 이미지의 왜곡을 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an image sensor capable of preventing a distortion of an image by solving a rolling shutter problem by providing a storage body in a plurality of image pixel portions constituting an image sensor. For the purpose of
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 복수개의 이미지 화소부를 구비하는 화소 배열부를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 화소 배열부의 각 이미지 화소부는, 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 이에 상응하는 전하를 생성하는 수광체, 상기 수광체에서 생성된 전하를 저장하는 저장체 상기 수광체를 초기화하는 제1 스위치, 상기 저장체를 초기화하는 제2 스위치, 상기 수광체에서 생성된 전하를 저장체로 전송하도록 제어하는 제3 스위치 및 상기 저장체에 저장된 전하를 화소 배열부 외부로 전송하도록 제어하는 제4 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an image sensor including a pixel array unit including a plurality of image pixel units, wherein each image pixel unit receives light reflected from a subject and receives a corresponding charge. A light receiving body to be generated, a storage body storing charges generated by the light receiving body, a first switch to initialize the light receiving body, a second switch to initialize the storage body, and control to transfer charges generated from the light receiving body to a storage body A third switch and a fourth switch for controlling to transfer the charge stored in the storage to the outside of the pixel array unit provides an image sensor.
여기에서, 상기 수광체는 포토다이오드이며, 상기 저장체는 포토게이트인 것이 바람직하다.Here, the light receiver is a photodiode, and the storage body is a photogate.
또한, 상기 포토게이트는 상기 제4 스위치에 의해 상기 화소 배열부 외부로 전하를 전송하는 경우 포토게이트의 전압 준위를 변동시킨 후 전송하도록 구성할 수 있다.In addition, when the charge is transferred to the outside of the pixel array unit by the fourth switch, the photogate may be configured to change the voltage level of the photogate and then transmit the charge.
또한, 제1 스위치, 제2 스위치,제3 스위치 및 제4 스위치는 트랜지스터일 수 있다.In addition, the first switch, the second switch, the third switch, and the fourth switch may be transistors.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 화소 배열부의 모든 이미지 화소부는 동시에 동작하도록 구성할 수 있다.In an exemplary embodiment, all the image pixel parts of the pixel array part may be configured to operate simultaneously.
또한, 상기 이미지 센서는, 상기 화소 배열부의 행(row)을 선택하는 행 신호 선택부, 상기 화소 배열부의 이미지 화소부에 저장된 전하에 상응하는 신호를 검출하는 아날로그 신호 검출부, 상기 아날로그 신호 검출부에서변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 열 신호 변환부 및 상기 화소 배열부의 열(column)을 선택하는 열 신호 선택부를 더 포함하되, 상기 아날로그 신호 검출부에서 검출하는 신호는 상기 저장체로부터 전송되는 전하에 상응하도록 구성할 수 있다.The image sensor may further include a row signal selection unit for selecting a row of the pixel array unit, an analog signal detector for detecting a signal corresponding to the charge stored in the image pixel unit of the pixel array unit, and a conversion from the analog signal detector And a column signal selector for converting the analog signal into a digital signal, and a column signal selector for selecting a column of the pixel array unit, wherein the signal detected by the analog signal detector is controlled by the charge transmitted from the storage body. It can be configured to correspond.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 복수개의 이미지 화소부를 구비하는 화소 배열부를 포함하는 이미지 센서-여기에서 상기 화소 배열부의 각 이미지 화소부는 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 이에 상응하는 전하를 생성하는 수광체와, 상기 수광체에서 생성된 전하를 저장하는 저장체를 포함함-센서에서 이미지 데이터를 생성하는 방법에 있어서, 상기 수광체에서 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 이에 상응하는 전하를 생성하는 단계, 상기 수광체에서 생성된 전하를 저장체에 저장하는 단계 및 상기 저장체에 저장된 전하를 화소 배열부 외부로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 데이터 생성 방법을 제공한다. Further, according to another aspect of the present invention, an image sensor including a pixel array unit having a plurality of image pixel units, wherein each image pixel unit of the pixel array unit receives light reflected from a subject to generate a corresponding charge. And a light receiving body, and a storage body storing charges generated by the light receiving body.-A method of generating image data in a sensor, the method comprising: receiving light reflected from a subject in the light receiving body to generate a corresponding charge; And storing the charges generated by the light-receiving member in a storage body and transferring the charges stored in the storage body to an outside of the pixel array unit.
여기에서, 상기 수광체는 포토다이오드이며, 상기 저장체는 포토게이트인 것 이 바람직하다.Here, the light receiving body is a photodiode, and the storage body is preferably a photogate.
또한, 상기 포토게이트는 상기 화소 배열부 외부로 전하를 전송하는 경우 포토게이트의 전압 준위를 변동시킨 후 전송할 수 있다.In addition, when the charge is transferred to the outside of the pixel array unit, the photogate may be transferred after changing the voltage level of the photogate.
또한, 상기 화소 배열부의 모든 이미지 화소부는 동시에 동작할 수 있다.In addition, all the image pixel units of the pixel array unit may operate simultaneously.
이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로한다.Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 배열부의 이미지 화소부의 구성을 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating a configuration of an image pixel unit of a pixel array unit of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서의 화소 배열부의 이미지 화소부는 수광체(301), 저장체(303), 제1 스위치(305), 제2 스위치(307), 제3 스위치(309) 및 제4 스위치(311)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the image pixel portion of the pixel array of the image sensor of the present embodiment is a
상기 수광체(301)는 피사체에서 반사되는 빛을 수광하여 그에 상응하는 전하를 생성하는 역할을 담당한다. 일반적으로, 이미지 센서에서는 수광체(301)로서 포토다이오드(photodiode)를 주로 사용한다.The
상기 저장체(303)는 상기 수광체(301)에서 생성된 전하를 저장하기 위한 역할을 담당한다. 상기 저장체(303)로는 포토게이트(photogate),포토 다이오드(Phodiode) 및 일반적인 카패시터(Capacitor)를 모두 사용할 수 있다. 포토다이오드나 카패시터를 저장체(303)로 사용할 경우에는 수광체(301)에서 생성된 전하가 모두 저장체(303)에 저장되지 못하는 문제점이 있기 때문이다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.The
상기 제1 스위치(305)는 수광체(301)를 초기화시켜 수광체(301)에 남아 있는 불필요한 전하를 비우는 역할을 담당한다. 상기 제1 스위치(305)를 동작시키면 수광체(301)에 남아있던 전하가 모두 제1 스위치(305)를 따라서 흘러 나가게 되어 수광체(301)에는 필요 없는 전하가 남아있지 않게 된다.The
상기 제2 스위치(307)는 저장체(303)를 초기화시켜 남아 있는 불필요한 전하를 비우기 위한 스위치로서, 저장체(303)에 저장된 전하가 아날로그 신호 검출부로 전송된 후에 상기 제2 스위치(307)를 동작시키면 저장체(303)에 필요 없이 남아있던 전하가 모두 제3 스위치(307)를 따라서 흘러 나가게 되어 저장체(303)에는 필요 없는 전하가 남아있지 않게 되어 수광체(301)에서 전달되는 전하를 다시 저장할 수 있다. The
상기 제3 스위치(309)는 수광체(301)와 저장체(303) 사이를 연결시켜주는 스위치이다. 수광체(301)가 피사체로부터 반사되는 빛을 수광하여 그에 상응하는 전하를 생성하면 생성된 전하를 저장체(303)에 전달하여야 하는데 이 때 제3 스위치(309)가 동작함으로써, 수광체(301)에 생성된 전하를 저장체(303)로 전달하게 된다. 이러한 제3 스위치(309)는 본 발명에서는 트랜지스터를 사용할 수도 있지만, 수광체(301)에서 생성된 전하를 모두 전달받기 위하여 포토게이트를 사용하는 것이 바람직하다.The
상기 제4 스위치(311)는 저장체(303)에 저장된 전하를 이미지 화소부와 연결되어 있는 아날로그 신호 검출부로 전송하는 역할을 담당한다. 즉, 수광체(301)로 부터 전달받은 전하가 저장체(303)에 저장되면 제4 스위치(311)가 동작하여 저장체(303)에 저장된 전하를 아날로그 신호 검출부로 전송하게 된다. The
도 4는 도 3에서 설명한 이미지 센서의 화소 배열부의 이미지 화소부의 동작 순서를 나타낸 순서도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation sequence of an image pixel unit of the pixel array unit of the image sensor described with reference to FIG. 3.
도 4를 참조하면, 우선 제1 스위치(305) 및 제2 스위치(307)가 동작하고(단계 401), 이에 따라 수광체(301) 및 저장체(303)가 초기화된다(단계 403). 이는 전하를 생성 및 저장하기 전에 수광체(301) 및 저장체(303) 내부에 존재하는 불필요한 전하를 제거하기 위한 사전 작업이다. Referring to FIG. 4, first, the
다음으로, 외부에서 인입되는 빛에 따라서 수광체(301)가 충전되어 전하를 생성한다(단계 405). 수광체(301)의 충전이 완료되어 전하 생성이 완료되는 순간 제3 스위치(309)가 동작하여(단계 407), 제3 스위치를 따라서 수광체(301)에 충전된 전하는 전압 차에 의하여 저장체(303)로 이동한다(단계 409). 이러한 과정을 거쳐서 수광체(301)에서 생성된 전하는 저장체(303)로 옮겨지게 되어 저장체(303)가 충전된다(단계 411). Next, the
제3 스위치는 다시 차단되고(단계 413), 제 4 스위치(311)의 동작에 의해(단계 415) 저장체(303)에 저장된 전하는 아날로그 신호 검출부로 전송된다(단계417). The third switch is again cut off (step 413), and by the operation of the fourth switch 311 (step 415), the charge stored in the
도 5는 도 3의 저장체가 포토다이오드인 경우에 전하의 흐름을 나타낸 도면으로서, 이미지 화소부에서 수광체(301) 및 저장체(303)와 제3 스위치(309)의 관계 만을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a flow of electric charges when the storage body of FIG. 3 is a photodiode, and illustrates only the relationship between the
우선 참조번호 511은 이미지 화소부에서 수광체(301)가 전하를 충전하는 도면이다. 이때, 참조번호 521에서 확인할 수 있는 바와 같이 수광체(301)의 전하는 채워져 있고 옆에 보이는 저장체(303)의 전하는 비워져 있다. First,
그 후, 참조 번호 513에서와 같이 제3 스위치(309)가 동작하면 참조번호 523에서 알 수 있는 바와 같이 수광체(301)와 저장체(303) 사이의 전압이 동일하게 되어 수광체(301)에 충전된 전하가 저장체(303)로 흘러 들어가게 된다. Thereafter, when the
그런 다음 참조번호 515에서와 같이 제3 스위치(309)가 다시 차단되면 참조번호 525에서와 같이 수광체(301)와 저장체(303)는 전기적으로 분리된다. 이때 참조번호 521에서 확인할 수 있는 바와 같이, 수광체(301)에 처음 충전된 전하량과 참조번호 525에서 확인할 수 있는 저장체(303)에서 저장되는 전하량을 비교하면 수광체(301)에서 생성된 전하가 모두 저장체(303)로 전송되지 않은 것을 알 수 있다. 이는 수광체(301)와 저장체(303)가 모두 포토다이오드로써 전압 기준이 모두 동일하므로 제3 스위치(309)가 연결되더라도 수광체(301)의 전하가 모두 저장체(303)로 전송되지 않음으로써 발생하는 현상이다. 이러한 문제점 해결하기 위해서 본 발명에서는 저장체를 포토다이오드나 카패시터가 아닌 포토게이트를 사용하는 것이 바람직하다.Then, when the
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 포토게이트의 동작을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the operation of the photogate used in the preferred embodiment of the present invention.
포토게이트(photogate)는 후술하는 바와 같이 전압 기준을 변동시켜서 전하를 전달하는 것을 특징으로 한다. 도 6은 포토게이트가 저장체의 역할을 하는 경우를 설명한 도면이다. 우선 참조 번호 611과 같이 포토게이트에서 전하를 충전한다. 그 후 리셋 신호(605)가 들어오면 참조 번호 613에서와 같이 리셋 신호부분의 전압 기준이 하강한다. 다음으로 바이어스(bias) 신호(601)와 트랜스퍼 게이트(transger gate) 신호(603)가 전송되면 참조 번호 615와 같이 포토게이트의 전압 기준은 상승하고 트랜스퍼 게이트의 전압 기준은 하강하여 자연스럽게 포토게이트에 충전된 전하는 트랜스퍼 게이트 쪽으로 흘러가고, 다음으로 바이어스 신호(601)와 트랜스퍼 게이트 신호(603)의 전송이 끝나면 포토게이트의 전압 기준과 트랜스퍼 게이트의 전압 기준이 원래대로 복귀되면서 행 선택 신호(607)의 전송에 따라 전하는 외부로 흘러간다. The photogate is characterized by transferring charge by varying the voltage reference as described below. 6 is a view illustrating a case in which a photogate serves as a storage body. First, a charge is charged in the photogate as shown by
이러한 포토게이트는 전하가 전달된 후에 포토게이트에 전하가 남지 않으므로 전환 이득(conversion gain)이 높다는 장점이 존재한다. 이러한 장점을 이용하여 본 발명에 따른 저장체로 포토다이오드 대신에 포토게이트를 이용할 수 있다. Such a photogate has an advantage of high conversion gain since no charge remains in the photogate after the charge is transferred. By using this advantage it is possible to use a photogate instead of a photodiode as a storage body according to the present invention.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 포토게이트를 이용한 이미지 화소부를 나타낸 도면이다. 7 is a diagram illustrating an image pixel unit using a photogate according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 도면의 각 부분은 도 3의 각 부분에 대응된다. 즉 수광체(701), 저장체(705), 제1 스위치(707), 제2 스위치(709), 제3 스위치(703) 및 제4 스위치(711)를 포함하며, 이들은 각각 도 3에서 설명한 구성에 대응하므로, 동일 한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략한다.Referring to FIG. 7, each part of the figure corresponds to each part of FIG. 3. That is, the
도 7에서 수광체(701)로서는 포토다이오드를 사용한다. 포토다이오드는 일반적인 이미지 센서에서 수광체(701)로 사용되는 소자로써, 빛 신호를 수광하여 그에 상응하는 전하를 생성하는 역할을 담당한다. In FIG. 7, a photodiode is used as the
저장체(705)로는 포토게이트를 사용한다. 도 6에서 살펴본 바와 같이 포토게이트는 포토다이오드에 비하여 전환 이득이 높으므로 포토다이오드를 저장체로 사용할 때 생길 수 있는 전하가 모두 이동하지 않는다는 문제를 해결할 수 있다. A photogate is used as the
제3 스위치(703) 또한 포토게이트를 사용한다. 이는 도 8에서 자세히 설명하겠지만 수광체인 포토다이오드(701)에서 충전된 전하를 저장체인 포토게이트(705)로 완전히 넘기기 위해서이다.The
또한, 제3 스위치(703)는 저장체(705)의 전압 수준을 변경시키는 제1 트랜스퍼 게이트 신호선(713), 바이어스 신호선(715) 및 제2 트랜스퍼 게이트 신호선(717)을 포함하여 각 신호선에 제어신호를 전송함으로써 포토다이오드(701)에서 생성된 전하를 전송하게 된다. The
이와 같이 구성된 이미지 화소부의 동작은 도 8에서 자세히 설명하도록한다. The operation of the image pixel unit configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 8.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 포토게이트를 저장체로 이용한 이미지 화소부의 동작을 나타낸 도면이다. 8 is a view illustrating an operation of an image pixel unit using a photogate as a storage body according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8을 참조하면, 우선 참조 번호 801에서와 같이 포토다이오드(701)에 전하가 충전된다. 그 후 제1 트랜스퍼 게이트 신호선(713)에서 신호가 인 입되면 참조번호 803에서와 같이 제3 스위치의 전압 기준이 낮아져서 포토다이오드(701)에 충전된 전하가 포토게이트(705)로 전송된다. 그 후 다시 제1 트랜스퍼 게이트 신호선(713)에서 제어신호를 이전상태로 되돌리면 다시 제3 스위치의 전압 기준은 복귀되고 포토다이오드(701)에 충전된 전하는 모두 포토게이트(705)로 전송된다. 그 후 참조번호 807 및 809에서 살펴볼 수 있는 바와 같이 바이어스 신호선(715)과 제2 트랜스퍼 게이트 신호선(717)에 모두 제어신호가 유입되면 도 6과 같이, 전압 기준이 역전되어 포토게이트에 머물던 전하가 모두 외부로 흘러가게 된다. 7 and 8, charge is first charged to the
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 화소부를 사용한 경우 종래의 롤링 셔터방식과 비교되는 효과를 나타낸 도면이다. 9 is a view showing an effect compared to the conventional rolling shutter method when using the image pixel unit according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면 종래의 이미지 센서는 촬상하는 순간 카메라가 좌측으로 이동하거나 물체가 우측으로 이동하는 경우 참조번호 901에서 나타낸 바와 같이 피사체가 우측으로 길어지는 대각선 모양으로 이미지가 촬상되는 왜곡이 있었다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 이미지 센서의 각 행은 순차적으로 동작하므로 각 행 별로 전하를 생성하고 검출하여 이미지 신호를 획득하는 시점이 다르기 때문에 일어나는 현상으로 이미지 센서의 이미지 배열에 존재하는 수광체에서 이미지를 받아들인 후 생성된 전하를 저장할 공간이 없기 때문에 발생하는 이미지 센서의 구조적인 문제였다. Referring to FIG. 9, when the camera moves to the left side or the object moves to the right side, the conventional image sensor has a distortion in which an image is captured in a diagonal shape in which a subject is extended to the right as shown by
한편, 본 발명에 의한 저장체를 구비하는 이미지 화소부를 포함하는 이미지 센서를 사용하는 경우, 수광체의 주위에 저장체가 존재한다면 수광체에서 생성된 전하를 저장체에서 저장할 수 있으므로, 한 프레임을 구성하는 이미지 센서의 각 이미지 화소부를 동시에 모두 동작하도록할 수 있다. 즉, 이미지 화소부가 동시에 모두 동작하도록 하고 각 이미지 화소부에 구비된 저장체에 생성된 전하를 저장하면 순차적으로 이미지 화소부를 검출하여 디지털 이미지 데이터를 생성하지 않고도 한 프레임을 구성하는 전체 이미지 데이터를 획득할 수 있으므로, 참조번호 911에 나타낸 바와 같이 움직이는 피사체도 화면의 왜곡 없는 정확한 이미지 데이터를 획득할 수 있게 된다.On the other hand, in the case of using an image sensor including an image pixel unit having a storage body according to the present invention, if there is a storage body around the light receiving body, charges generated by the light receiving body can be stored in the storage body, thereby forming one frame. Each image pixel unit of the image sensor may be operated at the same time. That is, when the image pixel parts are all operated at the same time and the electric charges generated in the storages provided in the image pixel parts are stored, the image pixel parts are sequentially detected to acquire the entire image data constituting one frame without generating digital image data. Therefore, as shown by
본 발명에 의하면, 이미지 센서를 구성하는 복수개의 이미지 화소부에 저장체를 구비함으로써, 롤링 셔터 문제를 해결하여 이미지의 왜곡을 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공할 수 있다. According to the present invention, by providing a storage body in a plurality of image pixel units constituting the image sensor, it is possible to provide an image sensor capable of solving the rolling shutter problem to prevent distortion of the image.
또한, 본 발명에 의하면, 이미지 화소부에 저장체로서 포토게이트를 사용하는 경우 생성된 전하를 완전히 전송할 수 있으므로, 전환 이득을 높일 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, when the photogate is used as the storage body in the image pixel portion, the generated charges can be transferred completely, thereby increasing the conversion gain.
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