WO2014178607A1 - 이미지센서와 이의 구동방법 - Google Patents

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WO2014178607A1
WO2014178607A1 PCT/KR2014/003778 KR2014003778W WO2014178607A1 WO 2014178607 A1 WO2014178607 A1 WO 2014178607A1 KR 2014003778 W KR2014003778 W KR 2014003778W WO 2014178607 A1 WO2014178607 A1 WO 2014178607A1
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binning
lines
sampling
signals
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PCT/KR2014/003778
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페카 코즈넌야리
허성근
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주식회사 레이언스
주식회사 바텍이우홀딩스
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    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays

Definitions

  • the present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor and a driving method thereof that can improve the reading speed in the binning mode.
  • the image sensor is a device that detects an external optical image signal and converts it into an electrical signal, and is widely used in various electronic equipments.
  • pixels which are photodetection units, are arranged in a matrix form along row lines and column lines, and photodiodes are formed in each pixel to electrically transmit incident light. Will be converted into a signal.
  • the pixel used in the image sensor has a small size, which limits the amount of light the photodiode can accept. To improve this, an image sensor driven in binning mode is used.
  • an image is generated using an electrical signal generated in each pixel unit, and in binning mode, an image is generated by summing electrical signals of neighboring pixels.
  • the column lines and the row lines are selected one by one in signal readout. Therefore, the speed of reading a signal in the binning mode is lowered, and thus the signal to noise ratio is degraded, thereby degrading the quality of the binning image.
  • An object of the present invention is to provide a method of increasing the read speed in the binning mode to improve the signal-to-noise ratio and increase the frame rate.
  • the present invention provides a display device comprising: pixels arranged in a matrix along a plurality of row and column lines; A scan driver configured to select the row lines in units of n lines in the binning mode; A readout for sampling an n * 1 signal output for each column line according to the row line selection, and outputting an n * m binning signal generated by averaging the sampled n * 1 signals in units of m neighboring column lines. It includes a ro, wherein n and m each provides an image sensor of two or more natural numbers.
  • the readout circuit may include first and second sampling circuits alternately sampling the n * 1 signals output for each column line and alternately output the n * m binning signals; And a connection switch for turning on / off a connection of each of the m neighboring first sampling circuits and the second sampling circuits.
  • Each of the first and second sampling circuits includes: a first switch for turning on / off an input of the n * 1 signal; A capacitor to store the n * 1 signal and to store the n * m signal when the connection switch is connected on; It may include a second switch for turning on / off the output of the n * m signal.
  • the read circuit unit may sequentially output the n * m binning signals in units of m columns.
  • the present invention provides a method of driving an image sensor including pixels arranged in a matrix form along a plurality of row lines and column lines, the method comprising: selecting the row lines in units of n lines in the binning mode; ; The read circuit unit samples the n * 1 signals output for each column line according to the row line selection, and averages the n * 1 binning signals generated by averaging the sampled n * 1 signals in units of m neighboring columns. And outputting, wherein n and m are two or more natural numbers, respectively.
  • the n The m binning signal may be generated by connecting each of the m neighboring first sampling circuits and the second sampling circuits.
  • Each of the first and second sampling circuits includes: a first switch for turning on / off an input of the n * 1 signal; A capacitor to store the n * 1 signal and to store the n * m signal when the connection switch is connected on; It may include a second switch for turning on / off the output of the n * m signal.
  • the pixels arranged in the form of a matrix along a plurality of row and column lines; Scan interconnections extending along the plurality of row lines; A readout line extending along the plurality of column lines; A scan driver connected to the scan wiring and selecting the scan wiring in units of n lines in the binning mode and selecting the scan wiring in units of one line in the normal mode; An n * m binning signal, which is connected to the read line and is generated by sampling the n * 1 signals output for each read line in the binning mode and averaging the sampled n * 1 signals in units of m neighboring columns.
  • a read circuit section for sequentially sampling the signals output for each of the read wirings in the normal mode and sequentially outputting the read circuit sections, wherein the read circuit sections are connected in parallel to each other and in the binning mode.
  • First and second sampling circuits alternately sampling the n * 1 signals output for each column line and alternately outputting the n * m binning signals;
  • a connection switch for turning on / off a connection of each of said m first sampling circuits and said second sampling circuits in accordance with an averaging control signal, wherein said first and second sampling circuits are respectively arranged according to a sampling control signal.
  • a first switch for turning on / off an input of an n * 1 signal
  • a metal oxide semiconductor (MOS) capacitor for storing the n * 1 signal and storing the n * m binning signal when the connection switch is on
  • a second switch for turning on / off an output of the n * m signal according to an output control signal, wherein one of the first and second sampling circuits is configured to sample the corresponding n * 1 signal during the first and second sampling cycles.
  • the other one of the sampling circuits outputs a corresponding n * m binning signal, and n and m each provide an image sensor of two or more natural numbers.
  • the present invention provides a plurality of pixel lines arranged in a matrix form along a plurality of row lines and column lines, scan lines extending along the plurality of row lines, and read lines extending along the plurality of column lines.
  • a method of driving an image sensor comprising: selecting the scan wiring in units of n lines in a binning mode and selecting the scan wiring in units of one line in a normal mode;
  • the read circuit unit alternately samples the n * 1 signals output for each column line to the first and second sampling circuits through the read wiring in the binning mode, and outputs the signals output for each column line in the normal mode.
  • the reading circuit unit sequentially outputs the n * m binning signals generated by averaging the sampled n * 1 signals in units of m columns adjacent to each other in the binning mode, and for each column line in the normal mode. And sequentially outputting the output signals, wherein the n * m binning signals are generated by connecting each of the m neighboring m first sampling circuits and the second sampling circuits, wherein the n * m binning signals are output from among the first and second sampling circuits.
  • the other one of the first and second sampling circuits outputs the corresponding n * m binning signal
  • n and m are two or more natural numbers, respectively. do.
  • n * 1 binning is performed by selecting a row line in units of n lines, and then n * m binning by averaging n * 1 binning signals in m column lines as a unit. This can be done. Moreover, multiple sampling circuits configured in parallel for each column line can be used to alternately perform signal sampling, averaging and output.
  • the signal reading speed in the binning mode can be increased, so that the signal-to-noise ratio can be improved and the frame rate can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an imaging apparatus using an image sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically illustrating a read circuit unit of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the waveform of the relevant signals in the binning mode of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an image device using an image sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an image sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. I s a circuit diagram schematically illustrating a read circuit unit of an image sensor according to an exemplary embodiment.
  • imaging apparatuses of various forms or uses may be used.
  • various medical X-ray imaging apparatuses such as a mammography apparatus or a CT apparatus may be used as the medical imaging apparatus.
  • the dental X-ray imaging apparatus is taken as an example as an X-ray imaging apparatus for convenience of explanation.
  • the imaging apparatus 100 includes a base 110, a support pillar 120, a lifting member 130, a jaw supporting member 140, and a rotating arm supporting member 150. ), The rotary arm 160, the rotary arm driving means 170, the X-ray generator 180, the image sensor 200 may be included.
  • the base 110 is placed on the ground to support the support pillar 120 on which the above-described components are installed.
  • the support pillar 120 is connected to the base 110 and has a state extending vertically from the base 110.
  • the elevating member 130 is installed on the support pillar 120 to move up and down along the support pillar 120 through a driving means such as a motor. Through this operation, the height of the jaw support member 140 can be adjusted according to the height of the patient who is the subject.
  • Jaw support member 140 is installed on the elevating member 130, it is to support the jaw of the patient.
  • the head of the subject that is, the subject can be located between the X-ray generator 180 and the image sensor 200.
  • the rotary arm supporting member 150 is connected to the upper portion of the elevating member 130 and extends in a direction parallel to the ground.
  • the rotary arm 160 is connected to the lower portion of the rotary arm support member 150.
  • the rotary arm 160 connected as described above may perform a horizontal movement in a direction parallel to the ground or a rotational movement based on a rotation axis perpendicular to the ground by the rotary arm driving means 170.
  • the rotary arm 160 may include a horizontal portion connected to the rotary arm supporting member 150 and a vertical portion bent downward at both ends of the horizontal portion.
  • the X-ray generator 180 corresponds to a configuration of generating X-rays and irradiating them to the subject.
  • the irradiated X-rays are incident to the image sensor 200 through the subject.
  • the image sensor 200 corresponds to a configuration for detecting X-rays passing through the subject and converting the same into an electrical signal.
  • the image sensor 200 may have a rectangular shape in plan, but is not limited thereto.
  • a direct method of directly converting X-rays into an electrical signal or an indirect method of converting X-rays into visible light and then converting visible light into an electrical signal may be used. have.
  • the image sensor 200 is provided with a phosphor (scintillator) for converting the X-rays to visible light.
  • the phosphor may be formed of cesium iodide (CsI), but is not limited thereto.
  • the image sensor 200 may be configured by a CMOS method, but is not limited thereto.
  • the image sensor 200 includes a pixel array 210 in which a pixel P, which is a unit for converting incident light into an electrical signal, is disposed in a matrix along a row line and a column line, and a driving circuit unit. Include.
  • the pixel P includes a photodiode to convert incident light into an electrical signal.
  • the driving circuit unit may include a scan driver 220 and a read circuit 230.
  • the scan driver 220 sequentially selects the low lines through the scan wiring SL.
  • the electrical signal of the pixel P positioned in the selected row line is read out through the read line LL extending along the corresponding column line.
  • the scan driver 220 adjusts the number of row lines selected according to the driving mode.
  • the row lines may be sequentially selected based on one line.
  • row lines may be sequentially selected based on at least two lines.
  • the binning mode in the embodiment of the present invention, for convenience of description, a case of selecting a low line in units of two lines is taken as an example.
  • the read circuit 230 may include first and second sampling circuits SC1 and SC2 connected in parallel to ends of each read wiring LL.
  • the first and second sampling circuits SC1 and SC2 may be formed to have the same circuit configuration.
  • the first and second sampling circuits SC1 and SC2 each include a capacitor C configured between the first and second switches SW1 and SW2 and the first and second switches SW1 and SW2, respectively. can do.
  • the first switch S1 is connected to the corresponding read wiring LL, and the turn-on / off operation is controlled according to the corresponding sampling control signals SMP1 and SMP2.
  • the first switch SW1 When the first switch SW1 is turned on, the electrical signal transmitted through the read wiring LL can be sampled to the corresponding sampling circuit.
  • one electrode is connected to the first switch SW1, and stores the electrical signal transmitted by the turn-on operation of the first switch SW1.
  • a metal oxide transistor (MOS) capacitor may be used, but is not limited thereto.
  • the second switch SW2 is connected to the other electrode of the capacitor C, and the turn on / off operation is controlled according to the corresponding output control signals COLE and COLO. When the second switch SW2 is turned on, the electrical signal stored in the capacitor C may be output.
  • connection switch SW3 for turning on / off electrical connection between the plurality of neighboring first sampling circuits SC1 may be provided.
  • the connection switch SW3 may be configured to turn on / off a connection between the capacitors C of the plurality of first sampling circuits SC1.
  • a connection switch SW3 for turning on / off electrical connection between the plurality of neighboring second sampling circuits SC2 may be provided.
  • the connection switch SW3 is configured to turn on / off the electrical connection therebetween in units of two sampling circuits is taken as an example.
  • connection switch SW3 is controlled to be turned on / off according to the corresponding averaging control signals SMPE_EQ and SMPO_EQ.
  • connection switch SW3 When the connection switch SW3 is turned on, the sampling circuits connected thereto are electrically connected to each other so that the electrical signals sampled thereon are averaged.
  • the read circuit 230 having the configuration as described above performs signal sampling and output while alternately driving the first and second sampling circuits SC1 and SC2.
  • the neighboring sampling circuits are electrically connected to each other to average the electric signal, which will be described in more detail with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating waveforms of related signals in a binning mode of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the scan driver 220 selects the first and second row lines, for example. Accordingly, electrical signals, that is, 2 * 1 signals, of pixels positioned in the first and second row lines are output to the read lines LL. That is, the electrical signals of the pixels located in the first and second row lines of each column line are output together to the readout line LL and averaged to perform 2 * 1 binning.
  • the 2 * 1 binning signal generated according to this is transmitted to the readout circuit unit 230 through the readout wiring LL.
  • the first sampling circuit SC1 samples the 2 * 1 binning signal transmitted through the read wiring LL during the first sampling period SP1.
  • the first sampling control signal SMP1 having, for example, a high level as a turn-on level is generated and simultaneously applied to all the first sampling circuits SC1. Accordingly, the first switch SW1 of the first sampling circuit SC1 is turned on and transferred to and stored in the capacitor C of the first sampling circuit SC1 corresponding to the 2 * 1 binning signal.
  • a first averaging control signal SMPE_EQ having a high level as a turn-on level is generated to be connected to the first sampling circuit SC1. It is applied to the connection switch S3. Accordingly, the connection switch S3 is turned on so that the capacitors C of the two neighboring first sampling circuits SC1 are electrically connected to each other.
  • 2 * 1 binning signals stored in the two first sampling circuits SC1 are averaged to perform 2 * 2 binning.
  • the 2 * 2 binning signal generated thereby is stored in each capacitor (C).
  • the first output control signal COLE is sequentially applied in units of two column lines. Accordingly, the second switch SW2 is sequentially turned on in units of two column lines, and the 2 * 2 binning signals stored in the first sampling circuit SC1 are sequentially output in z order.
  • the sampling process is performed for the first sampling period SP1 for the first and second row lines.
  • the sampling process is performed for the second sampling period SP2 for the third and fourth row lines. do.
  • sampling process using the second sampling circuit SC2 during the second sampling section SP2 is substantially the same as the sampling process using the first sampling circuit SC1 during the first sampling section SP1 described above.
  • the 2 * 1 binning signals for the third and fourth rowlines for each column line are sampled by the corresponding second sampling circuit SC2, and the 2 * 2 binning signals are stored through signal averaging.
  • the 2 * 2 binning signals stored in the second sampling circuit SC2 are sequentially output in units of two column lines during the second output section OP2 after the second sampling section SP2.
  • the 2 * 1 binning signals sequentially output according to the selection of the two low lines are alternately sampled to the first and second sampling circuits SC1 and SC2.
  • the first and second sampling circuits SC1 and SC2 performs a sampling operation
  • the other one performs an output operation of a 2 * 2 binning signal.
  • the row lines are sequentially selected to output electrical signals of each pixel for each color line.
  • one of the first and second sampling circuits SC1 and SC2 may be activated to perform sampling and output, and the other may be inactive and not used.
  • the first and second sampling circuits SC1 and SC2 may be alternately used to perform sampling and output.
  • connection switch SW3 In normal mode, since signal averaging in the readout circuit section 230 is not required, the connection switch SW3 is placed in the OFF state.
  • n * 1 binning is performed by selecting a row line in units of n lines, and then n * 1 binning in m column lines. By averaging the signal, n * m binning can be achieved. Moreover, multiple sampling circuits configured in parallel for each column line can be used to alternately perform signal sampling, averaging and output.
  • the signal reading speed in the binning mode can be increased, so that the signal-to-noise ratio can be improved and the frame rate can be increased.

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Abstract

본 발명은 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와; 비닝 모드시에 n개 라인 단위로 상기 로우라인을 선택하는 스캔구동부와; 상기 로우라인 선택에 따라 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고, 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 출력하는 독출회로부를 포함하고, 상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인 이미지센서를 제공한다.

Description

이미지센서와 이의 구동방법
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 비닝모드시 독출속도를 향상시킬 수 있는 이미지센서와 이의 구동방법에 관한 것이다.
이미지센서는 외부의 광학 영상신호를 검출하여 이를 전기적 신호로 변환하는 장치로서, 다양한 전자장비에 장착되어 널리 사용되고 있다.
이미지센서에는 광검출 단위인 화소가 로우라인(row line)과 컬럼라인(column line)을 따라 매트릭스(matrix) 형태로 배치되어 있으며, 각 화소에는 포토다이오드(photodiode)가 구성되어 입사된 광을 전기적 신호로 변환하게 된다.
이미지센서에 사용되는 화소는 작은 크기를 갖게 되는바, 포토다이오드가 받아들일 수 있는 광의 양에 한계가 있다. 이를 개선하기 위해, 비닝 모드(binning mode)로 구동되는 이미지센서가 사용된다.
노멀 모드(normal mode) 시에는 각 화소 단위로 발생된 전기적 신호를 사용하여 영상을 생성하며, 비닝 모드시에는 이웃하는 화소의 전기적 신호들을 합산하여 영상을 생성한다.
그런데, 종래에는 비닝 모드시에도 노멀 모드시와 마찬가지로, 신호 독출(leadout)에 있어 컬럼라인과 로우라인이 하나씩 선택된다. 따라서, 비닝 모드에서 신호를 읽어내는 속도가 저하되고, 이에 따라 신호대 잡음비(signal to noise ratio)가 나빠져 비닝 영상의 품질이 저하된다.
또한, 홀수번째 로우라인과 짝수번째 로우라인의 신호는 서로 반대의 위상에서 독출되기 때문에 로우라인 사이에 지연시간이 발생하여 프레임 레이트(frame rate) 증가가 어려워진다.
본 발명은 비닝 모드시 독출 속도를 높여 신호대 잡음비를 향상시키고 프레임 레이트를 증가시킬 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와; 비닝 모드시에 n개 라인 단위로 상기 로우라인을 선택하는 스캔구동부와; 상기 로우라인 선택에 따라 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고, 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 출력하는 독출회로부를 포함하고, 상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인 이미지센서를 제공한다.
여기서, 상기 독출회로부는, 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 교대로 샘플링하고, 상기 n*m 비닝 신호를 교대로 출력하는 제1 및 2샘플링회로와; 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각의 접속을 온/오프하는 접속스위치를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 2샘플링회로는 각각, 상기 n*1 신호의 입력을 온/오프하는 제1스위치와; 상기 n*1 신호를 저장하고, 상기 접속스위치의 온접속시 상기 n*m 신호를 저장하는 커패시터와; 상기 n*m 신호의 출력을 온/오프하는 제2스위치를 포함할 수 있다.
상기 독출회로부는, 상기 m개의 컬럼라인 단위로 상기 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소를 포함하는 이미지센서의 구동방법에 있어서, 비닝 모드시에 n개의 라인 단위로 상기 로우라인을 선택하는 단계와; 독출회로부에서, 상기 로우라인 선택에 따라 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고, 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인 이미지센서 구동방법을 제공한다.
여기서, 상기 독출회로부의 제1 및 2샘플링회로를 사용하여, 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 교대로 샘플링하고, 상기 n*m 비닝 신호를 교대로 출력하는 단계를 포함하고, 상기 n*m 비닝신호는, 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각을 접속함으로써 생성될 수 있다.
상기 제1 및 2샘플링회로는 각각, 상기 n*1 신호의 입력을 온/오프하는 제1스위치와; 상기 n*1 신호를 저장하고, 상기 접속스위치의 온접속시 상기 n*m 신호를 저장하는 커패시터와; 상기 n*m신호의 출력을 온/오프하는 제2스위치를 포함할 수 있다.
상기 독출회로부에서 상기 m개의 컬럼라인 단위로 상기 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와; 상기 다수의 로우라인을 따라 연장된 스캔배선과; 상기 다수의 컬럼라인을 따라 연장된 독출배선과; 상기 스캔배선과 연결되며, 비닝 모드시에 n개 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하고, 노멀 모드시에 1개의 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하는 스캔구동부와; 상기 독출배선과 연결되며, 상기 비닝 모드시에 상기 독출배선 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하며, 상기 노멀 모드시에 상기 상기 독출배선 마다 출력된 신호를 샘플링하고 순차적으로 출력하는 독출회로부를 포함하고, 상기 독출회로부는, 서로 병렬로 연결되며 상기 비닝모드시에 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 교대로 샘플링하고 상기 n*m 비닝 신호를 교대로 출력하는 제1 및 2샘플링회로와; 평균화제어신호에 따라 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각의 접속을 온/오프하는 접속스위치를 포함하고, 상기 제1 및 2샘플링회로는 각각, 샘플링제어신호에 따라 상기 n*1 신호의 입력을 온/오프하는 제1스위치와; 상기 n*1 신호를 저장하고 상기 접속스위치의 온접속시 상기 n*m 비닝 신호를 저장하는 MOS(metal oxide semiconductor) 커패시터와; 출력제어신호에 따라 상기 n*m 신호의 출력을 온/오프하는 제2스위치를 포함하고, 상기 제1 및 2샘플링회로 중 하나가 해당 n*1 신호를 샘플링하는 구간 동안, 상기 제1 및 2샘플링회로 중 나머지 하나는 해당 n*m 비닝 신호를 출력하고, 상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인 이미지센서를 제공한다.]
또 다른 측면에서, 본 발명은 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와, 상기 다수의 로우라인을 따라 연장된 스캔배선과, 상기 다수의 컬럼라인을 따라 연장된 독출배선을 포함하는 이미지센서의 구동방법에 있어서, 비닝 모드시에 n개의 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하고, 노멀 모드시에 1개의 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하는 단계와; 독출회로부에서, 상기 비닝 모드시에 상기 독출배선을 통해 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 제1 및 2샘플링회로에 교대로 샘플링하고, 상기 노멀 모드시에 상기 컬럼라인 마다 출력된 신호를 샘플링하는 단계와; 상기 독출회로부에서, 상기 비닝 모드시에 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하고, 상기 노멀 모드시에 상기 컬럼라인 마다 출력된 신호를 순차적으로 출력하는 단계를 포함하고, 상기 n*m 비닝 신호는 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각을 접속함으로써 생성되고, 상기 제1 및 2샘플링회로 중 하나가 해당 n*1 신호를 샘플링하는 구간 동안, 상기 제1 및 2샘플링회로 중 나머지 하나는 해당 n*m 비닝 신호를 출력하고, 상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인 이미지센서 구동방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 비닝 모드시에는 n개 라인을 단위로 로우라인을 선택하여 n*1 비닝이 이루어지게 되며, 그 후에 m개의 컬럼라인을 단위로 n*1 비닝신호를 평균화하여 n*m 비닝이 이루어질 수 있게 된다. 더욱이, 컬럼라인 마다 병렬로 구성된 다수의 샘플링회로를 사용하여, 신호 샘플링 및 평균화와 출력을 교대로 수행할 수 있다.
이에 따라, 비닝 모드에서의 신호 독출 속도가 높아질 수 있게 되어, 신호대 잡음비가 향상되고 프레임 레이트가 증가될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 사용한 영상장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 독출회로부를 개략적으로 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 비닝 모드시 관련 신호들의 파형을 나타낸 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 사용한 영상장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 독출회로부를 개략적으로 도시한 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(200)를 사용한 영상장치(100)로서는, 다양한 형태나 용도의 영상장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 의료용 영상장치로서 맘모그래피(mammography) 장치나, CT 장치 등 다양한 X선 영상장치가 사용될 수 있다. 한편, 이하에서는, 설명의 편의를 위해, X선 영상장치로서 치과용 X선 영상장치를 일예로 든다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 영상장치(100)는, 베이스(110), 지지기둥(120), 승강부재(130), 턱 지지부재(140), 회전암 지지부재(150), 회전암(160), 회전암 구동수단(170), X선 발생기(180), 이미지센서(200)를 포함할 수 있다.
베이스(110)는 지면 상에 놓여져, 전술한 구성요소들이 설치된 지지기둥(120)을 지지하게 된다. 지지기둥(120)은 베이스(110)와 연결되며, 베이스(110)로부터 수직하게 연장되어 세워진 상태를 갖게 된다.
승강부재(130)는 지지기둥(120)에 설치되어, 모터와 같은 구동수단을 통해 지지기둥(120)을 따라 상하 방향으로 승강 동작을 하게 된다. 이와 같은 동작을 통해, 피검자인 환자의 키에 맞게 턱 지지부재(140)의 높이를 조절할 수 있다.
턱 지지부재(140)는 승강부재(130)에 설치되며, 환자의 턱을 지지하게 된다. 이와 같은 턱 지지부재(140)에 의해, 피검자의 두부 즉, 피검체가 X선 발생기(180)와 이미지센서(200) 사이에 위치할 수 있게 된다. 회전암 지지부재(150)는 승강부재(130)의 상부에 연결되어 지면과 평행한 방향을 따라 연장되어 있다.
회전암 지지부재(150)의 하부에는 회전암(160)이 연결된다. 이와 같이 연결된 회전암(160)은 회전암 구동수단(170)에 의해, 지면과 수평한 방향으로의 수평 운동이나, 지면에 수직한 회전축을 기준으로 한 회전 운동을 할 수 있게 된다. 회전암(160)은 회전암 지지부재(150)에 연결되는 수평부와, 수평부의 양단에서 하방으로 절곡된 수직부를 포함할 수 있다.
회전암(160)의 양측 수직부의 내측에는, 서로 마주보도록 배치된 X선 발생기(180)와 이미지센서(200)가 설치될 수 있다. X선 발생기(180)는 X선을 발생시켜 이를 피검체에 조사하는 구성에 해당되는데, 조사된 X선은 피검체를 통과하여 이미지센서(200)에 입사된다.
이미지센서(200)는 피검체를 통과한 X선을 검출하여 이를 전기적 신호로 변환하는 구성에 해당된다. 이미지센서(200)는 평면적으로 사각 형상을 갖게 되는데, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(200)로서 X선을 직접 전기적 신호로 변환하는 직접 방식이나, X선을 가시광선으로 변환한 후 가시광선을 전기적 신호로 변환하는 간접 방식 이미지센서가 사용될 수 있다.
여기서, 간접 방식 이미지센서가 사용되는 경우에, 이미지센서(200)는 X선을 가시광선으로 변환하는 형광체(scintillator)을 구비하게 된다. 이와 같은 경우에, 형광체는 CsI(cesium iodide)로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 이미지센서(200)는 CMOS 방식으로 구성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
도 2를 참조하면, 이미지센서(200)는 입사된 광을 전기적 신호로 변환하는 단위인 화소(P)가 로우라인 및 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소어레이(210)와, 구동회로부를 포함한다.
화소(P)는 포토다이오드를 구비하여, 입사된 광을 전기적 신호로 변환하게 된다.
구동회로부는 스캔구동부(220)와 독출회로부(230)를 포함할 수 있다.
스캔구동부(220)는 스캔배선(SL)을 통해 로우라인을 순차적으로 선택하게 된다. 로우라인이 선택되면, 선택된 로우라인에 위치하는 화소(P)의 전기적 신호는 대응되는 컬럼라인을 따라 연장된 독출배선(LL)을 통해 독출된다.
한편, 스캔구동부(220)는 구동 모드에 따라 선택되는 로우라인의 수가 조절된다. 이와 관련하여 예를 들면, 노멀 모드시에는 하나의 라인을 단위로 하여 로우라인을 순차적으로 선택할 수 있다. 그리고, 비닝 모드시에는 적어도 2개의 라인을 단위로 하여 로우라인을 순차적으로 선택할 수 있다. 비닝 모드에 있어, 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 2개의 라인을 단위로 하여 로우라인을 선택하는 경우를 예로 든다.
도 3을 참조하면, 독출회로부(230)는 각 독출배선(LL)의 끝단에 서로 병렬로 연결된 제1샘플링회로 및 제2샘플링회로(SC1, SC2)를 포함할 수 있다.
제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2)는 동일한 회로 구성을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2)는 각각, 제1스위치 및 제2스위치(SW1, SW2)와 제1 및 2스위치(SW1, SW2) 사이에 구성된 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
제1스위치(S1)는 대응되는 독출배선(LL)에 연결되며, 대응되는 샘플링제어신호(SMP1, SMP2)에 따라 턴온/오프(turn-on/off) 동작이 제어된다. 제1스위치(SW1)가 턴온되면, 독출배선(LL)을 통해 전달된 전기적 신호는 해당 샘플링회로에 샘플링될 수 있게 된다.
커패시터(C)는 일전극이 제1스위치(SW1)에 연결되며, 제1스위치(SW1)의 턴온 동작에 의해 전달된 전기적 신호를 저장하게 된다. 커패시터(C)로서, 예를 들면, 도 MOS(metal oxide transistor) 커패시터가 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
제2스위치(SW2)는 커패시터(C)의 타전극에 연결되며, 대응되는 출력제어신호(COLE, COLO)에 따라 턴온/오프 동작이 제어된다. 제2스위치(SW2)가 턴온되면, 커패시터(C)에 저장된 전기적 신호는 출력될 수 있게 된다.
한편, 이웃하는 다수의 제1샘플링회로들(SC1) 사이에는 이들의 전기적 접속을 온/오프하는 접속스위치(SW3)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 접속스위치(SW3)는 다수의 제1샘플링회로(SC1)의 커패시터(C) 사이의 접속을 온/오프하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 이웃하는 다수의 제2샘플링회로들(SC2) 사이에는 이들의 전기적 접속을 온/오프하는 접속스위치(SW3)가 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 접속스위치(SW3)가 2개의 샘플링회로를 단위로 이들 사이의 전기적 접속을 온/오프하도록 구성된 경우를 예로 든다.
접속스위치(SW3)는 대응되는 평균화제어신호(SMPE_EQ, SMPO_EQ)에 따라 턴온/오프 동작이 제어된다. 접속스위치(SW3)가 턴온되면, 이에 연결된 샘플링회로들은 전기적으로 서로 접속되어 이들에 샘플링된 전기적 신호는 평균화된다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 독출회로부(230)는, 제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2)를 교대로 구동하면서 신호 샘플링 및 출력을 수행하게 된다. 특히, 비닝 모드시에는 서로 이웃하는 샘플링회로를 전기적으로 연결하여 전기전 신호를 평균화하게 되는데, 이에 대해 도 4를 더욱 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서의 비닝 모드시 관련 신호들의 파형을 나타낸 도면이다.
먼저, 스캔구동부(220)는 예를 들어 1번째 및 2번째 로우라인을 선택하게 된다. 이에 따라, 1번째 및 2번째 로우라인에 위치하는 화소들의 전기적 신호 즉 2*1 신호가 각 독출배선(LL)에 출력된다. 즉, 각 컬럼라인의 1번째 및 2번째 로우 라인에 위치하는 화소들의 전기적 신호가 독출배선(LL)에 함께 출력되면서 평균화되어 2*1 비닝이 수행된다. 이에 따라 생성된 2*1 비닝 신호는 독출배선(LL)을 통해 독출회로부(230)로 전달된다.
다음으로, 제1샘플링회로(SC1)는 제1샘플링구간(SP1) 동안 독출배선(LL)을 통해 전달된 2*1 비닝 신호를 샘플링하게 된다.
이와 관련하여, 제1샘플링구간(SP1)에서 턴온레벨로서 예를 들면 하이레벨을 갖는 제1샘플링제어신호(SMP1)가 발생되어 모든 제1샘플링회로(SC1)에 동시에 인가된다. 이에 따라, 제1샘플링회로(SC1)의 제1스위치(SW1)는 턴온되어, 2*1 비닝 신호가 대응되는 제1샘플링회로(SC1)의 커패시터(C)에 전달되어 저장된다.
그 후, 제1스위치(SW1)가 턴온 상태에서 턴오프 상태로 바뀌게 되면, 턴온레벨로서 예를 들면 하이레벨을 갖는 제1평균화제어신호(SMPE_EQ)가 발생되어 제1샘플링회로(SC1)와 연결된 접속스위치(S3)에 인가된다. 이에 따라, 접속스위치(S3)는 턴온되어, 이웃하는 2개의 제1샘플링회로(SC1)의 커패시터(C)는 서로 전기적으로 연결된다. 이로 인해, 2개의 제1샘플링회로(SC1)에 저장된 2*1 비닝 신호들은 평균화되어 2*2 비닝이 수행된다. 이로 인해 생성된 2*2 비닝 신호는 각 커패시터(C)에 저장된다.
다음으로, 제1샘플링구간(SP1) 이후의 제1출력(OP1) 구간 동안에, 제1출력제어신호(COLE)가 2개의 컬럼라인을 단위로 하여 순차적으로 인가된다. 이에 따라, 제2스위치(SW2)가 2개의 컬럼라인을 단위로 순차적으로 턴온되어, 제1샘플링회로(SC1)에 저장된 2*2 비닝 신호가 z순차적으로 출력된다.
예를 들면, 1번째 및 2번째 컬럼라인의 2*2 비닝 신호 -> 3번째 및 4번째 컬럼라인의 2*2 비닝 신호 -> ... -> n-1번째 및 n번째 컬럼라인의 2*2 비닝 신호의 순서로 출력된다.
한편, 1번째 및 2번째 로우라인에 대해 전술한 제1샘플링구간(SP1) 동안 샘플링 과정이 수행된 후에는, 3번째 및 4번째 로우라인에 대해 제2샘플링구간(SP2) 동안 샘플링 과정이 수행된다.
제2샘플링구간(SP2) 동안의 제2샘플링회로(SC2)를 사용한 샘플링 과정은, 전술한 제1샘플링구간(SP1) 동안의 제1샘플링회로(SC1)를 사용한 샘플링 과정과 실질적으로 동일하다.
즉, 컬럼라인 마다 3번째 및 4번째 로우라인에 대한 2*1 비닝 신호는 대응되는 제2샘플링회로(SC2)에서 샘플링되고, 신호 평균화를 통해 2*2 비닝 신호가 저장된다.
이와 같이 제2샘플링회로(SC2)에 저장된 2*2 비닝 신호는 제2샘플링구간(SP2) 이후의 제2출력구간(OP2) 동안 2개의 컬럼라인을 단위로 하여 순차적으로 출력된다.
위와 같은 방식으로, 2개의 로우라인 선택에 따라 순차적으로 출력되는 2*1 비닝 신호는 제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2)에 교대로 샘플링된다. 그리고, 제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2) 중 하나가 샘플링 동작을 수행하는 동안, 나머지 하나는 2*2 비닝 신호의 출력 동작을 수행하게 된다.
한편, 이미지센서(200)를 노멀 모드로 구동하는 경우에는, 로우라인을 순차적으로 선택하여 컬러라인 마다 각 화소의 전기적 신호를 출력하게 된다.
이와 같은 경우에, 제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2) 중 하나를 활성화하여 샘플링 및 출력을 수행하도록 하고, 나머지 하나는 비활성화하여 사용하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 비닝 모드와 유사하게, 제1 및 2샘플링회로(SC1, SC2)를 교대로 사용하여 샘플링 및 출력을 수행할 수 있다.
그리고, 노멀 모드시에는, 독출회로부(230)에서의 신호 평균화가 요구되지 않으므로, 접속스위치(SW3)는 오프 상태로 놓여지게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 비닝 모드시에는 n개 라인을 단위로 로우라인을 선택하여 n*1 비닝이 이루어지게 되며, 그 후에 m개의 컬럼라인을 단위로 n*1 비닝신호를 평균화하여 n*m 비닝이 이루어질 수 있게 된다. 더욱이, 컬럼라인 마다 병렬로 구성된 다수의 샘플링회로를 사용하여, 신호 샘플링 및 평균화와 출력을 교대로 수행할 수 있다.
이에 따라, 비닝 모드에서의 신호 독출 속도가 높아질 수 있게 되어, 신호대 잡음비가 향상되고 프레임 레이트가 증가될 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와;
    비닝 모드시에 n개 라인 단위로 상기 로우라인을 선택하는 스캔구동부와;
    상기 로우라인 선택에 따라 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고, 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 출력하는 독출회로부를 포함하고,
    상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인
    이미지센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 독출회로부는,
    상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 교대로 샘플링하고, 상기 n*m 비닝 신호를 교대로 출력하는 제1 및 2샘플링회로와;
    이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각의 접속을 온/오프하는 접속스위치를 포함하는
    이미지센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 2샘플링회로는 각각,
    상기 n*1 신호의 입력을 온/오프하는 제1스위치와;
    상기 n*1 신호를 저장하고, 상기 접속스위치의 온접속시 상기 n*m 신호를 저장하는 커패시터와;
    상기 n*m 신호의 출력을 온/오프하는 제2스위치를 포함하는
    이미지센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 독출회로부는, 상기 m개의 컬럼라인 단위로 상기 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하는
    이미지센서.
  5. 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소를 포함하는 이미지센서의 구동방법에 있어서,
    비닝 모드시에 n개의 라인 단위로 상기 로우라인을 선택하는 단계와;
    독출회로부에서, 상기 로우라인 선택에 따라 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고, 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인
    이미지센서 구동방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 독출회로부의 제1 및 2샘플링회로를 사용하여, 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 교대로 샘플링하고, 상기 n*m 비닝 신호를 교대로 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 n*m 비닝신호는, 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각을 접속함으로써 생성되는
    이미지센서 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 2샘플링회로는 각각,
    상기 n*1 신호의 입력을 온/오프하는 제1스위치와;
    상기 n*1 신호를 저장하고, 상기 접속스위치의 온접속시 상기 n*m 신호를 저장하는 커패시터와;
    상기 n*m신호의 출력을 온/오프하는 제2스위치를 포함하는
    이미지센서 구동방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 독출회로부에서 상기 m개의 컬럼라인 단위로 상기 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하는 단계
    를 포함하는 이미지센서 구동방법.
  9. 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와;
    상기 다수의 로우라인을 따라 연장된 스캔배선과;
    상기 다수의 컬럼라인을 따라 연장된 독출배선과;
    상기 스캔배선과 연결되며, 비닝 모드시에 n개 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하고, 노멀 모드시에 1개의 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하는 스캔구동부와;
    상기 독출배선과 연결되며, 상기 비닝 모드시에 상기 독출배선 마다 출력된 n*1 신호를 샘플링하고 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하며, 상기 노멀 모드시에 상기 상기 독출배선 마다 출력된 신호를 샘플링하고 순차적으로 출력하는 독출회로부를 포함하고,
    상기 독출회로부는, 서로 병렬로 연결되며 상기 비닝모드시에 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 교대로 샘플링하고 상기 n*m 비닝 신호를 교대로 출력하는 제1 및 2샘플링회로와; 평균화제어신호에 따라 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각의 접속을 온/오프하는 접속스위치를 포함하고,
    상기 제1 및 2샘플링회로는 각각, 샘플링제어신호에 따라 상기 n*1 신호의 입력을 온/오프하는 제1스위치와; 상기 n*1 신호를 저장하고 상기 접속스위치의 온접속시 상기 n*m 비닝 신호를 저장하는 MOS(metal oxide semiconductor) 커패시터와; 출력제어신호에 따라 상기 n*m 신호의 출력을 온/오프하는 제2스위치를 포함하고,
    상기 제1 및 2샘플링회로 중 하나가 해당 n*1 신호를 샘플링하는 구간 동안, 상기 제1 및 2샘플링회로 중 나머지 하나는 해당 n*m 비닝 신호를 출력하고,
    상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인
    이미지센서.
  10. 다수의 로우라인과 컬럼라인을 따라 매트릭스 형태로 배치된 화소와, 상기 다수의 로우라인을 따라 연장된 스캔배선과, 상기 다수의 컬럼라인을 따라 연장된 독출배선을 포함하는 이미지센서의 구동방법에 있어서,
    비닝 모드시에 n개의 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하고, 노멀 모드시에 1개의 라인 단위로 상기 스캔배선을 선택하는 단계와;
    독출회로부에서, 상기 비닝 모드시에 상기 독출배선을 통해 상기 컬럼라인 마다 출력된 n*1 신호를 제1 및 2샘플링회로에 교대로 샘플링하고, 상기 노멀 모드시에 상기 컬럼라인 마다 출력된 신호를 샘플링하는 단계와;
    상기 독출회로부에서, 상기 비닝 모드시에 이웃하는 m개의 컬럼라인 단위로 상기 샘플링된 n*1 신호를 평균화하여 생성된 n*m 비닝 신호를 순차적으로 출력하고, 상기 노멀 모드시에 상기 컬럼라인 마다 출력된 신호를 순차적으로 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 n*m 비닝 신호는 이웃하는 m개의 상기 제1샘플링회로 및 상기 제2샘플링회로 각각을 접속함으로써 생성되고,
    상기 제1 및 2샘플링회로 중 하나가 해당 n*1 신호를 샘플링하는 구간 동안, 상기 제1 및 2샘플링회로 중 나머지 하나는 해당 n*m 비닝 신호를 출력하고,
    상기 n 및 m은 각각 2 이상의 자연수인
    이미지센서 구동방법.
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