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KR100744118B1 - 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로, 이미지 센서의 포화레벨 검출 방법 및 포화 레벨 검출 회로를 구비하는 이미지센서 - Google Patents

이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로, 이미지 센서의 포화레벨 검출 방법 및 포화 레벨 검출 회로를 구비하는 이미지센서 Download PDF

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KR100744118B1
KR100744118B1 KR1020050122550A KR20050122550A KR100744118B1 KR 100744118 B1 KR100744118 B1 KR 100744118B1 KR 1020050122550 A KR1020050122550 A KR 1020050122550A KR 20050122550 A KR20050122550 A KR 20050122550A KR 100744118 B1 KR100744118 B1 KR 100744118B1
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KR
South Korea
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reset
voltage
floating diffusion
node
image sensor
Prior art date
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KR1020050122550A
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Inventor
안정착
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to TW095146588A priority patent/TWI344301B/zh
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Abstract

본 발명은 이미지 센서에 구비되는 블랙 픽셀 회로를 이용하여, 포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 기술에 관한 것이다. 포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 회로에 있어서, 본 발명에 따른 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로는 픽셀부, 리셋 노드 및 검출 제어부를 구비한다. 상기 픽셀부는 상기 포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드를 구비하며, 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력한다. 상기 리셋 노드는 상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 노드이다. 상기 검출 제어부는 상기 리셋 노드로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 구성 요소이다.
이미지 센서, CIS, 포토 다이오드, 포화 레벨, 검출, 레벨 설정

Description

이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로, 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법 및 포화 레벨 검출 회로를 구비하는 이미지 센서{Circuit for detecting saturation level of a image sensor, method for detecting saturation level of the image sensor and the image sensor having the circuit}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 이해하기 위하여 각 도면에 대한 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 CMOS 이미지 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 영상 픽셀 영역(130)에 구비되는 영상 픽셀 회로와 도 1의 옵티컬 블랙 영역(140)에 구비되는 블랙 픽셀 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 포화 레벨 검출 회로를 구동하는 방법을 나타내는 타이밍도이다.
도 5a 내지 도 5f는 도 3에서의 각 노드와 각 채널 영역의 포텐셜 준위를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서의 동적 출력 범위(Dynamic Range)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 이미지 센서를 나타내는 블럭도이다.
< 도면의 참조 번호에 대한 설명 >
110: 모듈 렌즈 120: 칩
130: 영상 픽셀 영역 140: 옵티컬 블랙 영역
150: 아날로그 디지털 컨버터 160: 로우 드라이버
131: 영상 픽셀 회로 141: 블랙 픽셀 회로
341: 포화 레벨 검출 회로 또는 블랙 픽셀 회로
343: 검출 제어부 345: 픽셀부
347: 레벨 설정 회로 350: 아날로그 디지털 컨버터
731: 영상 픽셀 회로 741: 블랙 픽셀 회로
747: 레벨 설정 회로 750: 아날로그 디지털 컨버터
760: 로우 드라이버
본 발명은 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로, 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법 및 포화 레벨 검출 회로를 구비하는 이미지 센서에 관한 것이다. 특히, 이미지 센서에 구비되는 블랙 픽셀 회로를 이용하여, 포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 기술에 관한 것이다.
휴대폰 카메라, 디지털 카메라 등에 이용되는 이미지 센서에는 CMOS 이미지 센서(CIS: CMOS Image Sensor), CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등이 있다. 이미지 센서는 전개되는 영상을 촬상하여 촬상된 영상에 상응하는 영상 신호를 출력하는 소자이다.
도 1은 CMOS 이미지 센서를 설명하기 위한 도면이다.
CMOS 이미지 센서는 빛을 집광하는 모듈 렌즈(110)와 입사되는 빛에 상응하는 영상 신호를 생성하는 칩(Chip. 120)을 구비한다.
칩(120)에는, 영상 픽셀 회로를 구비하는 영상 픽셀 영역(Image Pixel Region. 130), 오프셋(Offset) 또는 열에 의하여 발생하는 오차를 제거하기 위한 블랙 픽셀 회로를 구비하는 옵티컬 블랙 영역(Optical Black Region. 140), 행(Row) 단위의 픽셀들을 구동하는 로우 드라이버(160), 열(Column) 단위의 픽셀들로부터 입력되는 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(150) 등이 구비된다.
도 2는 도 1의 영상 픽셀 영역(130)에 구비되는 영상 픽셀 회로와 도 1의 옵티컬 블랙 영역(140)에 구비되는 블랙 픽셀 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 보면 알 수 있듯이, 종래의 영상 픽셀 영역(130)에 구비되는 영상 픽셀 회로(131)와 옵티컬 블랙 영역(140)에 구비되는 블랙 픽셀 회로(141)는 동일한 구성 요소를 구비한다. 즉, 영상 픽셀 회로(131)와 블랙 픽셀 회로(141) 모두는 빛(Lin)을 입력받는 포토 다이오드(PD), 전송 제어 신호(TC)를 입력받는 전송 트랜지스터(TTr), 플로팅 디퓨젼 노드(FDN: Floating diffusion node), 전압 추종기(FTr), 선택 제어 신호(SC)를 입력받는 선택 스위치(STr) 및 리셋 제어 신호(RC)를 입력받는 리셋 스위치(RTr)를 구비한다. 포토 다이오드(PD)의 일단은 기준 전압(예컨대, 도 2에서는 접지 전압 GND)에 연결되어 있고, 리셋 스위치(RTr)의 일단은 전원 전압(VDD)에 연결되어 있으며, 픽셀 회로(131, 141)가 출력하는 전압 신호(Vout)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC. 도 1의 150)로 입력된다.
다만, 영상 픽셀 회로(131)에 구비되는 포토 다이오드(PD)는 빛에 노출되는 반면에, 블랙 픽셀 회로(141)에 구비되는 포토 다이오드(PD)는 차광막에 의하여 빛과 차단된다. 차광막에 의해 블랙 픽셀 회로(141)의 포토 다이오드(PD)를 빛과 차단하는 이유는 다음과 같다.
영상 픽셀 회로(131)의 포토 다이오드(PD)에서는 광전 변환에 의한 전하들 뿐만 아니라 열에 의한 전하들도 생성된다. 따라서, 광전 변환에 의한 전하량을 정확히 구하기 위해서는 측정된 총 전하량에서 열에 의한 전하량을 빼 주어야 한다. 블랙 픽셀 회로(141)의 포토 다이오드(PD)에서는 차광막의 존재로 인하여 광전 변환에 의한 전하들은 생성되지 않고 열에 의한 전하들만 생성된다. 따라서, 영상 픽셀 회로(131)와 블랙 픽셀 회로(141)로부터 전압 신호를 입력받는 아날로그 디지털 컨버터(ADC. 도 1의 150)는, 영상 픽셀 회로(131)가 출력하는 전압 신호에서 블랙 픽셀 회로(141)가 출력하는 전압 신호를 감산함으로써, 정확하게 광전 변환에 의한 전하량에 상응하는 디지털 영상 신호를 출력할 수 있다.
위와 같이 열에 의한 오차를 제거하거나, 또는 영상 픽셀 회로(131)의 포토 다이오드(PD)와 블랙 픽셀 회로(141)의 포토 다이오드(PD)에 공통적으로 존재하는 오프셋(Offset)에 의한 영향을 제거하기 위하여, 옵티컬 블랙 영역(140)에 블랙 픽 셀 회로(141)를 구비시키는 것이다.
그런데, 포토 다이오드(PD)는 그 제조 환경이나 기타 변수에 의하여 각 웨이퍼(Wafer) 마다 또는 각 칩(Chip) 마다 각각 다른 포화 레벨을 갖는다. 이로 인하여 각 이미지 센서들도 서로 다른 포화 레벨들을 갖게 된다. 따라서, 각각의 이미지 센서들은, 이미지 센서의 안정적인 동작을 확보하기 위하여, 각각의 이미지 센서들 마다 상이한 출력 범위는 버리고, 각각의 이미지 센서들에 대하여 공통적으로 적용될 수 있는 출력 범위만을 사용한다. 즉, 이미지 센서의 안정적인 동작 마진(Margin)을 확보하기 위하여, 이미지 센서의 동적 출력 범위(Dynamic Range)를 실제의 출력 범위보다 좁게 가져가는 것이다.
그러나, 이와 같은 이유로 이미지 센서의 동적 출력 범위를 좁게 가져가는 것은, 좁아진 동적 출력 범위 내에서 더욱 세밀해진 각 레벨들을 검출하기 위하여 그만큼 고가의 소자를 요구하게 되므로, 바람직하지 않다. 물론, 이와 같은 문제는 이미지 센서의 저전압화 경향으로 인하여 이미지 센서의 동적 출력 범위가 좁아지는 경향과는 별개의 문제이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫째 목적은 이미지 센서의 포화 레벨을 정확하게 검출할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 둘째 목적은 검출된 포화 레벨에 상응하도록 동적 출력 범위가 설정되는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 회로에 있어서, 본 발명에 따른 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로는 픽셀부, 리셋 노드 및 검출 제어부를 구비한다. 상기 픽셀부는 상기 포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드를 구비하며, 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력한다. 상기 리셋 노드는 상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 노드이다. 상기 검출 제어부는 상기 리셋 노드로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 구성 요소이다.
본 발명에 있어서, 상기 검출 제어부는, 상기 리셋 노드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치; 상기 리셋 노드로 상기 전원 전압을 전달하는 제 2 리셋 스위치; 및 상기 리셋 노드로 상기 기준 전압을 전달하는 기준 전압 스위치를 구비한다.
본 발명에 있어서, 상기 픽셀부는, 상기 포토 다이오드; 상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 전송 스위치; 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압을 출력하는 전압 추종기; 및 상기 전압 추종기가 출력하는 전압을, 선택 제어 신호에 응답하여 상기 픽셀부의 출력단에 전달하는 선택 스위치를 구비한다.
또한, 포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드, 상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 리셋 노드 및 상기 리셋 노드로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 검출 제어부를 구비하며 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 블랙 픽셀 회로를 이용하여, 상기 포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 방법에 있어서, 본 발명에 따른 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법은, (a) 상기 기준 전압을 상기 리셋 노드 및 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 거쳐 상기 포토 다이오드에 전달하여 상기 포토 다이오드를 포화 상태로 만드는 단계; (b) 상기 전원 전압을 상기 리셋 노드를 거쳐 상기 플로팅 디퓨젼 노드에 전달하여 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 리셋 상태로 만드는 단계; (c) 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 리셋 상태에 상응하는 리셋 레벨의 전압 신호를 출력하는 단계; (d) 상기 포화 상태의 포토 다이오드를 상기 리셋 상태의 플로팅 디퓨젼 노드에 연결하여 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 포화 상태로 만드는 단계; 및 (e) 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 포화 상태에 상응하는 포화 레벨의 전압 신호를 출력하는 단계를 구비한다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법은 상기 리셋 레벨의 전압 신호와 상기 포화 레벨의 전압 신호를 비교함으로써 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 센서는, 영상 픽셀 회로, 블랙 픽셀 회로, 아날로그 디지털 컨버터 및 레벨 설정 회로를 구비한다. 상기 영상 픽셀 회로는 입력되는 빛에 상응하는 전압 신호를 출력하는 구성 요소이다. 상기 블랙 픽셀 회로는, 포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드, 상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 리셋 노드 및 상기 리셋 노드로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 검출 제어부를 구비하며, 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 구성 요소이다. 상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 영상 픽셀 회로가 출력하는 전압 신호에서 상기 블랙 픽셀 회로가 출력하는 전압 신호를 감산하고, 감산된 결과에 상응하는 디지털 영상 신호를 출력하는 구성 요소이다. 상기 레벨 설정 회로는 상기 블랙 픽셀 회로로부터 리셋 레벨의 전압 신호와 포화 레벨의 전압 신호를 입력받아 상기 아날로그 디지털 컨버터의 최소 출력 레벨과 최대 출력 레벨을 설정하는 구성 요소이다.
본 발명에 있어서, 상기 포화 레벨 검출 회로 또는 상기 블랙 픽셀 회로는 상기 이미지 센서의 옵티컬 블랙 영역(Optical black region)에 구비되는 회로이다.
본 발명에 있어서, 상기 기준 전압은 접지 전압일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는 본 발명에 따른 포화 레벨 검출 회로가 CMOS 이미지 센서(CIS: CMOS Image Sensor)에 적용되는 경우를 중심으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로를 나타내는 도면이다.
도 2와 도 3을 비교하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 포화 레벨 검출 회로(341)는 이미지 센서의 옵티컬 블랙 영역(Optical black region)에 구비되며, 따라서 블랙 픽셀 회로(341)라고 할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 블랙 픽셀 회로(341)는 본 발명에 따른 포화 레벨 검출 회로(341)를 나타낸 것이다.
도 3에서의 검출 제어부(343), 리셋 노드(RN) 및 픽셀부(345)는 본 발명에 따른 포화 레벨 검출 회로의 구성 요소이다. 또한, 도 3에는 레벨 설정 회로(347) 및 아날로그 디지털 컨버터(ADC. 350)가 함께 도시되어 있다.
검출 제어부(343)에는 제 1 리셋 제어 신호(RC1)를 입력받는 제 1 리셋 스위치(RTr1), 제 2 리셋 제어 신호(RC2)를 입력받는 제 2 리셋 스위치(RTr2) 및 기준 전압 스위치 제어 신호(GC)를 입력받는 기준 전압 스위치(GTr)가 구비된다.
픽셀부(345)에는 차광막에 의해 빛과 차단되는 포토 다이오드(PD), 플로팅 디퓨젼 노드(FDN: Floating diffusion node), 전송 제어 신호(TC)를 입력받는 전송 스위치(TTr), 전압 추종기(FTr) 및 선택 제어 신호(SC)를 입력받는 선택 스위치(STr)가 구비된다.
픽셀부(345)가 출력하는 전압 신호(Vout)는 레벨 설정 회로(347) 및 아날로그 디지털 컨버터(ADC. 350)로 입력된다. 레벨 설정 회로(347) 및 아날로그 디지털 컨버터(ADC. 350)에 대하여는 도 7의 설명 부분에서 상세히 다룬다.
본 발명에서의 기준 전압은 예컨대, 도 3에서 도시된 바와 같이 접지 전압(GND)으로 설정될 수 있다.
검출 제어부(343)는 리셋 노드(RN)로 전원 전압(VDD) 또는 기준 전압(GND)을 전달하는 역할을 담당한다.
리셋 노드(RN)와 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치(RTr1)는, 리셋 노드(RN)에 연결되는 제 1 단자, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)에 연결되는 제 2 단자 및 제 1 리셋 제어 신호(RC1)를 입력받는 제어 단자를 구비한 다.
리셋 노드(RN)로 전원 전압(VDD)을 전달하는 제 2 리셋 스위치(RTr2)는, 전원 전압(VDD)에 연결되는 제 1 단자, 리셋 노드(RN)에 연결되는 제 2 단자 및 제 2 리셋 제어 신호(RC2)를 입력받는 제어 단자를 구비한다.
리셋 노드(RN)로 기준 전압(GND)을 전달하는 기준 전압 스위치(GTr)는, 기준 전압(GND)에 연결되는 제 1 단자, 리셋 노드(RN)에 연결되는 제 2 단자 및 기준 전압 스위치 제어 신호(GC)를 입력받는 제어 단자를 구비한다.
픽셀부(345)는 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 역할을 담당한다.
포토 다이오드(PD)와 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)를 연결 또는 차단하는 전송 스위치(TTr)는, 포토 다이오드(PD)에 연결되는 제 1 단자, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)에 연결되는 제 2 단자 및 전송 제어 신호(TC)를 입력받는 제어 단자를 구비한다.
플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 전압에 상응하는 전압을 출력하는 전압 추종기(FTr)은, 전원 전압(VDD)에 연결되는 제 1 단자, 선택 스위치(STr)에 연결되는 제 2 단자 및 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 전압을 입력받는 제어 단자를 구비한다. 도 3에서의 전압 추종기(FTr)는 게이트 단자의 전압에 상응하는 전압을 출력하는 소스 폴로워(Source follower)로 구현될 수 있다.
전압 추종기(FTr)가 출력하는 전압을 선택 제어 신호(SC)에 응답하여 픽셀부(345)의 출력단에 전달하는 선택 스위치(STr)는, 전압 추종기(FTr)에 연결되는 제 1 단자, 상기 픽셀부(345)의 출력단에 연결되는 제 2 단자 및 선택 제어 신호(SC)를 입력받는 제어 단자를 구비한다.
도 3에서는 각 스위치들(TTr, STr, RTr1, RTr2, GTr)과 전압 추종기(FTr)가 모두 MOSFET으로 도시되고 있으나, 본 발명에 따른 포화 레벨 검출 회로(341)의 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 도 3의 포화 레벨 검출 회로(341)의 동작을 살펴본다.
도 4는 도 3의 포화 레벨 검출 회로를 구동하는 방법을 나타내는 타이밍도이다. 도 4에는 기준 전압 스위치 제어 신호(GC), 제 2 리셋 제어 신호(RC2), 선택 제어 신호(SC), 전송 제어 신호(TC) 및 제 1 리셋 제어 신호(RC1)가 각 구간(A, B, C, D, E, F) 별로 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5f는 도 3에서의 각 노드와 각 채널 영역의 포텐셜 준위를 나타내는 도면이다. 도 5a 내지 도 5f에는 기준 전압(GND), 포토 다이오드(PD) 영역, 전송 스위치(TTr)의 채널 영역(CH_TTr), 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 영역, 제 1 리셋 스위치(RTr1)의 채널 영역(CH_RTr1) 및 전원 전압(VDD)의 포텐셜 준위가 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5f에서 보듯이, 전송 스위치(TTr)의 채널 영역(CH_TTr)의 포텐셜 준위는 전송 제어 신호(TC)의 논리 레벨에 상응하여 변하고, 제 1 리셋 스위치(RTr1)의 채널 영역(CH_RTr1)의 포텐셜 준위는 제 1 리셋 제어 신호(RC1)의 논리 레벨에 상응하여 변한다.
먼저, A 구간에서는 제 1 리셋 스위치(RTr1) 및 제 2 리셋 스위치(RTr2)가 턴 온(Turn on)되고, 기준 전압 스위치(GTr) 및 전송 스위치(TTr)가 턴 오프(Turn off)된다. A 구간은 이미지 센서를 초기화시키는 구간에 해당된다.
다음으로, B 구간에서는 기준 전압 스위치(GTr), 제 1 리셋 스위치(RTr1) 및 전송 스위치(TTr)가 턴 온되고, 제 2 리셋 스위치(RTr2)가 가 턴 오프된다. B 구간에서는, 기준 전압(GND)이 기준 전압 스위치(GTr), 리셋 노드(RN), 제 1 리셋 스위치(RTr1), 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 및 전송 스위치(TTr)를 거쳐 포토 다이오드(PD)에 전달되어, 포토 다이오드(PD)가 포화 상태로 된다. 도 5b에서 보듯이, 포토 다이오드(PD) 영역, 전송 스위치(TTr)의 채널 영역(CH_TTr), 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 영역 및 제 1 리셋 스위치(RTr1)의 채널 영역(CH_RTr1)은 모두 기준 전압(GND) 레벨의 포텐셜 준위를 갖는다.
다음으로, C 구간에서는 제 1 리셋 스위치(RTr1) 및 제 2 리셋 스위치(RTr2)가 턴 온되고, 기준 전압 스위치(GTr) 및 전송 스위치(TTr)가 턴 오프된다. C 구간에서는, 전원 전압(VDD)이 제 2 리셋 스위치(RTr2), 리셋 노드(RN) 및 제 1 리셋 스위치(RTr1)를 거쳐 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)에 전달되어, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)가 리셋 상태로 된다. 도 5c에서 보듯이, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 영역은 전원 전압(VDD) 레벨의 포텐셜 준위를 갖는다.
한편, C 구간에서 포토 다이오드(PD) 영역에는 도 5c의 빗금친 부분(포화량)만큼의 전하량이 남는다. 전송 제어 신호(TC)가 논리 로우 상태인 경우에 전송 스위치(TTr)의 채널 영역(CH_TTr)의 포텐셜 준위는 포토 다이오드(PD) 영역의 포텐셜 준위보다 높기 때문에, 포토 다이오드(PD) 영역에 존재하던 전하들이 포텐셜 장벽에 막혀 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 영역으로 넘어가지 못하고 포토 다이오드(PD) 영역에 남는 것이다. 포토 다이오드(PD) 영역의 포화량은 포토 다이오드(PD) 자체의 특성과 전송 스위치(TTr)의 채널 특성(예컨대, 채널의 불순물 농도)에 의하여 정해진다고 할 수 있다.
다음으로, D 구간에서는 선택 스위치(STr)가 턴 온되고, 제 1 리셋 스위치(RTr1) 및 전송 스위치(TTr)가 턴 오프된다. D 구간에서는 선택 스위치(STr)가 턴 온되기 때문에, 픽셀부(345)는 전압 추종기(FTr)와 선택 스위치(STr)를 이용하여 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 리셋 상태에 상응하는 리셋 레벨의 전압 신호를 출력하게 된다. 도 5d를 보면, 제 1 리셋 스위치(RTr1)의 턴 오프에 의하여 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 영역의 포텐셜 준위가 전원 전압(VDD)의 포텐셜 준위보다 조금 더 높아진 것을 알 수 있다.
다음으로, E 구간에서는 전송 스위치(TTr)가 턴 온되고, 선택 스위치(STr)가 턴 오프되며, 제 1 리셋 스위치(RTr1)는 턴 오프 상태를 유지한다. E 구간에서는 전송 스위치(TTr)가 턴 온되기 때문에, 리셋 상태의 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)가 포화 상태의 포토 다이오드(PD)와 연결되어, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)는 점점 포화 상태로 변이된다. 도 4 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 전송 제어 신호(TC)가 논리 하이 상태인 경우에 전송 스위치(TTr)의 채널 영역(CH_TTr)의 포텐셜 준위는 포토 다이오드(PD) 영역의 포텐셜 준위보다 낮아지기 때문에, 포토 다이오드(PD) 영역에 존재하던 전하들(포화량에 대응되는 전하들)이 플로팅 디퓨젼 노드(FDN) 영역으로 이동한다.
다음으로, F 구간에서는 선택 스위치(STr)가 다시 턴 온되고, 전송 스위치(TTr)가 턴 오프되며, 제 1 리셋 스위치(RTr1)는 턴 오프 상태를 유지한다. F 구간에서는 선택 스위치(STr)가 다시 턴 온되기 때문에, 픽셀부(345)는 전압 추종기(FTr)와 선택 스위치(STr)를 이용하여 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 포화 상태에 상응하는 포화 레벨의 전압 신호를 출력하게 된다. F 구간의 도 5f에서 빗금친 부분(포화량)만큼의 전하량은 C 구간의 도 5c에서 빗금친 부분(포화량)만큼의 전하량에 대응된다.
리셋 상태로 된 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 전압과 포화 상태로 된 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 전압은, 도 5f에서의 포화량만큼의 차이가 난다. 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)가 리셋 상태일 때 픽셀부(345)는 리셋 레벨의 전압 신호를 출력하고, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)가 포화 상태일 때 픽셀부(345)는 포화 레벨의 전압 신호를 출력한다. 픽셀부(345)가 출력하는 리셋 레벨의 전압 신호와 포화 레벨의 전압 신호를 비교함으로써, 이미지 센서의 정확한 포화 레벨을 검출해 낼 수 있다.
이상에서의 설명에 기초하여, 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 방법을 살펴본다. 즉, 본 발명에 따른 도 3의 블랙 픽셀 회로(341)를 이용하여, 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 방법은 다음과 같이 설명될 수 있다.
먼저, 기준 전압(GND)을 리셋 노드(RN) 및 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)를 거쳐 포토 다이오드(PD)에 전달하여 포토 다이오드(PD)를 포화 상태로 만든다. 이 단계는 상기 B 구간을 나타내는 도 5b에 대응된다.
다음으로, 전원 전압(VDD)을 리셋 노드(RN)를 거쳐 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)에 전달하여 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)를 리셋 상태로 만든다. 이 단계는 상기 C 구간을 나타내는 도 5c에 대응된다.
다음으로, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 리셋 상태에 상응하는 리셋 레벨의 전압 신호를 출력하는 단계가 구비된다. 이 단계는 상기 D 구간을 나타내는 도 5d에 대응된다.
다음으로, 상기 포화 상태의 포토 다이오드(PD)를 상기 리셋 상태의 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)에 연결하여, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)를 포화 상태로 만든다. 이 단계는 상기 E 구간을 나타내는 도 5e에 대응된다.
그리고, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 포화 상태에 상응하는 포화 레벨의 전압 신호를 출력하는 단계가 구비된다. 이 단계는 상기 F 구간을 나타내는 도 5f에 대응된다.
이상과 같은 방법에 의하여, 상기 리셋 레벨의 전압 신호와 상기 포화 레벨의 전압 신호를 검출해 낸다. 그리고, 상기 리셋 레벨의 전압 신호와 상기 포화 레벨의 전압 신호를 비교함으로써, 최종적으로 이미지 센서의 포화 레벨을 정확하게 검출해 낼 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서의 동적 출력 범위(Dynamic Range)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 <A>는 도 2와 같은 이미지 센서에서의 동적 출력 범위(DR)를 설명하기 위한 도면이고, 도 6의 <B> 및 <C>는 본 발명에 따른 이미지 센서에서의 동적 출력 범위(DR)를 설명하기 위한 도면이다.
예컨대, 포화 레벨이 다른 두 개의 이미지 센서들(제 1 이미지 센서와 제 2 이미지 센서)을 고려해 보자. 도 6에서, 제 1 이미지 센서의 포화 레벨은 S1으로 도시되어 있고, 제 2 이미지 센서의 포화 레벨은 S2로 도시되어 있다.
도 6의 <A>에서 도시된 바와 같이, 도 2와 같은 이미지 센서에서의 동적 출력 범위(DR: Dynamic Range)는 리셋 레벨(R)과 설정된 포화 레벨(S)의 차이에 해당된다. 여기서, 설정된 포화 레벨(S)이란, 제 1 이미지 센서의 포화 레벨(S1)과 제 2 이미지 센서의 포화 레벨(S2)이 각각 다른 점을 감안하여, 제 1 이미지 센서와 제 2 이미지 센서에 공통적으로 적용될 수 있도록 설정되는 별도의 포화 레벨을 의미한다. 도 2와 같은 이미지 센서들의 경우에는, 이미지 센서의 안정적인 동작을 확보하기 위하여, 각 이미지 센서 마다 상이한 출력 범위는 버리고, 각 이미지 센서 마다 공통적으로 적용될 수 있는 출력 범위만을 사용한다. 결과적으로 이미지 센서의 동적 출력 범위(DR)가 좁아지는 결과를 낳는다. 즉, 이미지 센서의 안정적인 동작 마진(Margin)을 확보하기 위하여, 이미지 센서의 동적 출력 범위(DR)를 실제의 출력 범위보다 좁게 가져가는 것이다.
반면에, 도 6의 <B> 및 <C>에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서에서의 동적 출력 범위(DR)는 리셋 레벨(R)과 실제의 포화 레벨(S1 또는 S2)의 차이에 해당된다. 본 발명에서는, 도 3과 같은 포화 레벨 검출 회로(341)를 이용하여 각 이미지 센서들의 포화 레벨들을 검출하고, 검출된 각 포화 레벨들에 상응하도록 각 이미지 센서들의 동적 출력 범위(DR)를 설정한다. 따라서, 본 발명에서는 이미지 센서의 동적 출력 범위(DR)가 실제의 출력 범위보다 좁게 되는 문제가 발생하지 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 이미지 센서를 나타내는 블럭도이다.
도 7에는 영상 픽셀 회로(731), 블랙 픽셀 회로(741), 레벨 설정 회로(747), 아날로그 디지털 컨버터(750) 및 로우 드라이버(760)가 도시되어 있다. 도 7의 로우 드라이버(760)는 도 1의 로우 드라이버(160)에 대응된다.
영상 픽셀 회로(731)는 입력되는 빛에 상응하는 전압 신호를 출력하는 구성 요소이다.
블랙 픽셀 회로(741)는 포토 다이오드(PD)와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼 노드(FDN), 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)와 연결 또는 차단되는 리셋 노드(RN) 및 리셋 노드(RN)로 전원 전압(VDD) 또는 기준 전압(GND)을 전달하는 검출 제어부(343)를 구비하며, 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 구성 요소이다. 즉, 도 7에 도시된 블랙 픽셀 회로(741)는 도 3의 포화 레벨 검출 회로(341)에 대응된다.
아날로그 디지털 컨버터(750)는 영상 픽셀 회로(731)가 출력하는 전압 신호에서 블랙 픽셀 회로(741)가 출력하는 전압 신호를 감산하고, 감산된 결과에 상응하는 디지털 영상 신호를 출력하는 구성 요소이다. 영상 픽셀 회로(731)가 출력하는 전압 신호에서 블랙 픽셀 회로(741)가 출력하는 전압 신호를 감산하는 이유는 앞서 설명한 바 있다. 즉, 오프셋(Offset)이나 열에 의한 오차를 제거하기 위함이다.
레벨 설정 회로(747)는 블랙 픽셀 회로(741)로부터 리셋 레벨의 전압 신호와 포화 레벨의 전압 신호를 입력받아 아날로그 디지털 컨버터(750)의 최소 출력 레벨과 최대 출력 레벨을 설정하는 구성 요소이다. 레벨 설정 회로(747)에 의하여, 이미지 센서의 동적 출력 범위(DR)는 실제의 출력 범위에 상응하도록 설정된다.
앞서 살펴본 바와 같이, 상기 리셋 레벨의 전압 신호는 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 리셋 상태에 상응하는 전압 신호(도 5d의 설명 부분 참조)이고, 상기 포화 레벨의 전압 신호는 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)의 포화 상태에 상응하는 전압 신호(도 5f의 설명 부분 참조)이다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 검출 제어부(343)는, 리셋 노드(RN)와 플로팅 디퓨젼 노드(FDN)를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치(RTr1), 리셋 노드(RN)로 전원 전압(VDD)을 전달하는 제 2 리셋 스위치(RTr2) 및 리셋 노드(RN)로 기준 전압(GND)을 전달하는 기준 전압 스위치(GTr)를 구비할 수 있다.
이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 의하면 각 이미지 센서들의 포화 레벨들을 정확하게 검출할 수 있다.
둘째, 검출된 포화 레벨들에 상응하도록 각 이미지 센서들의 동적 출력 범위가 설정되므로, 이미지 센서의 동적 출력 범위가 실제의 출력 범위보다 좁게 되는 문제가 발생하지 않는다.

Claims (31)

  1. 포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 회로에 있어서,
    상기 포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드를 구비하며, 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 픽셀부;
    상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 리셋 노드; 및
    상기 리셋 노드로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 검출 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 제어부는,
    상기 리셋 노드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치;
    상기 리셋 노드로 상기 전원 전압을 전달하는 제 2 리셋 스위치; 및
    상기 리셋 노드로 상기 기준 전압을 전달하는 기준 전압 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 리셋 스위치는,
    상기 리셋 노드에 연결되는 제 1 단자, 상기 플로팅 디퓨젼 노드에 연결되는 제 2 단자 및 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 개폐를 제어하는 제어 신호를 입력받는 제어 단자를 구비하는 MOSFET 스위치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 리셋 스위치는,
    상기 전원 전압에 연결되는 제 1 단자, 상기 리셋 노드에 연결되는 제 2 단자 및 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 개폐를 제어하는 제어 신호를 입력받는 제어 단자를 구비하는 MOSFET 스위치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 전압 스위치는,
    상기 기준 전압에 연결되는 제 1 단자, 상기 리셋 노드에 연결되는 제 2 단자 및 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 개폐를 제어하는 제어 신호를 입력받는 제어 단자를 구비하는 MOSFET 스위치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 픽셀부는,
    상기 포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 전송 스위치;
    상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압을 출력하는 전압 추종기; 및
    상기 전압 추종기가 출력하는 전압을, 선택 제어 신호에 응답하여 상기 픽셀부의 출력단에 전달하는 선택 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전송 스위치는, 상기 포토 다이오드에 연결되는 제 1 단자, 상기 플로팅 디퓨젼 노드에 연결되는 제 2 단자 및 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자의 개폐를 제어하는 제어 신호를 입력받는 제어 단자를 구비하는 MOSFET 스위치이고,
    상기 선택 스위치는, 상기 전압 추종기에 연결되는 제 1 단자, 상기 픽셀부의 출력단에 연결되는 제 2 단자 및 상기 선택 제어 신호를 입력받는 제어 단자를 구비하는 MOSFET 스위치인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 전압 추종기는,
    상기 전원 전압에 연결되는 제 1 단자, 상기 선택 스위치에 연결되는 제 2 단자 및 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압을 입력받는 제어 단자를 구비하는 소스 폴로워(Source follower)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 포토 다이오드는,
    상기 기준 전압이 상기 기준 전압 스위치, 상기 리셋 노드, 상기 제 1 리셋 스위치, 상기 플로팅 디퓨젼 노드 및 상기 전송 스위치를 거쳐 상기 포토 다이오드에 전달되는 경우에 포화 상태로 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 플로팅 디퓨젼 노드는,
    상기 전원 전압이 상기 제 2 리셋 스위치, 상기 리셋 노드 및 상기 제 1 리셋 스위치를 거쳐 상기 플로팅 디퓨젼 노드에 전달되는 경우에 리셋 상태로 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 픽셀부는,
    상기 플로팅 디퓨젼 노드의 리셋 상태에 상응하는 리셋 레벨의 전압 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 플로팅 디퓨젼 노드는,
    상기 포화 상태의 포토 다이오드와 연결되어 포화 상태로 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 픽셀부는,
    상기 플로팅 디퓨젼 노드의 포화 상태에 상응하는 포화 레벨의 전압 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 옵티컬 블랙 영역(Optical black region)에 구비되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 전압은,
    접지 전압인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    CMOS 이미지 센서(CIS: CMOS Image Sensor)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로.
  17. 포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드, 상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 리셋 노드 및 상기 리셋 노드로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 검출 제어부를 구비하며 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 블랙 픽셀 회로를 이용하여, 상기 포토 다이오드를 구비하는 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 방법에 있어 서,
    (a) 상기 기준 전압을 상기 리셋 노드 및 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 거쳐 상기 포토 다이오드에 전달하여 상기 포토 다이오드를 포화 상태로 만드는 단계;
    (b) 상기 전원 전압을 상기 리셋 노드를 거쳐 상기 플로팅 디퓨젼 노드에 전달하여 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 리셋 상태로 만드는 단계;
    (c) 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 리셋 상태에 상응하는 리셋 레벨의 전압 신호를 출력하는 단계;
    (d) 상기 포화 상태의 포토 다이오드를 상기 리셋 상태의 플로팅 디퓨젼 노드에 연결하여 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 포화 상태로 만드는 단계; 및
    (e) 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 포화 상태에 상응하는 포화 레벨의 전압 신호를 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 리셋 레벨의 전압 신호와 상기 포화 레벨의 전압 신호를 비교함으로써 상기 이미지 센서의 포화 레벨을 검출하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    상기 리셋 노드로 상기 기준 전압을 전달하는 기준 전압 스위치, 상기 리셋 노드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치 및 상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 전송 스위치를 턴 온(Turn on)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 리셋 노드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치 및 상기 리셋 노드로 상기 전원 전압을 전달하는 제 2 리셋 스위치를 턴 온(Turn on)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    상기 플로팅 디퓨젼 노드의 리셋 상태에 상응하는 전압을 출력하는 소스 폴로워(Source follower) 및 상기 소스 폴로워가 출력하는 상기 리셋 레벨의 전압 신호를 선택 제어 신호에 응답하여 상기 블랙 픽셀 회로의 출력단으로 전달하는 선택 스위치에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 전송 스위치를 턴 온(Turn on)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 (e) 단계는,
    상기 플로팅 디퓨젼 노드의 포화 상태에 상응하는 전압을 출력하는 소스 폴로워(Source follower) 및 상기 소스 폴로워가 출력하는 상기 포화 레벨의 전압 신호를 선택 제어 신호에 응답하여 상기 블랙 픽셀 회로의 출력단으로 전달하는 선택 스위치에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 블랙 픽셀 회로는,
    상기 이미지 센서의 옵티컬 블랙 영역(Optical black region)에 구비되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 기준 전압은,
    접지 전압인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 포화 레벨 검출 방법.
  26. 입력되는 빛에 상응하는 전압 신호를 출력하는 영상 픽셀 회로;
    포토 다이오드와 연결 또는 차단되는 플로팅 디퓨젼(Floating diffusion) 노드, 상기 플로팅 디퓨젼 노드와 연결 또는 차단되는 리셋 노드 및 상기 리셋 노드 로 전원 전압 또는 기준 전압을 전달하는 검출 제어부를 구비하며, 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호를 출력하는 블랙 픽셀 회로;
    상기 영상 픽셀 회로가 출력하는 전압 신호에서 상기 블랙 픽셀 회로가 출력하는 전압 신호를 감산하고, 감산된 결과에 상응하는 디지털 영상 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
    상기 블랙 픽셀 회로로부터 리셋 레벨의 전압 신호와 포화 레벨의 전압 신호를 입력받아 상기 아날로그 디지털 컨버터의 최소 출력 레벨과 최대 출력 레벨을 설정하는 레벨 설정 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 리셋 레벨의 전압 신호는,
    상기 전원 전압을 전달받음으로써 리셋 상태로 된 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 포화 레벨의 전압 신호는,
    상기 기준 전압을 전달받아 포화 상태로 된 상기 포토 다이오드와 상기 리셋 상태로 된 상기 플로팅 디퓨젼 노드가 연결됨으로써 포화 상태로 된 상기 플로팅 디퓨젼 노드의 전압에 상응하는 전압 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 검출 제어부는,
    상기 리셋 노드와 상기 플로팅 디퓨젼 노드를 연결 또는 차단하는 제 1 리셋 스위치;
    상기 리셋 노드로 상기 전원 전압을 전달하는 제 2 리셋 스위치; 및
    상기 리셋 노드로 상기 기준 전압을 전달하는 기준 전압 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 블랙 픽셀 회로는,
    상기 이미지 센서의 옵티컬 블랙 영역(Optical black region)에 구비되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  31. 제 26 항에 있어서, 상기 기준 전압은,
    접지 전압인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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