(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサのエラー検出及び補正装置であって、
制御及び外部システムインタエース部でプログラミングされた情報に応じてエラー限界値を貯蔵するためのエラー限界値貯蔵手段と、
前記プログラミングされた情報に応じて補正可否を制御する補正制御信号を貯蔵するための補正制御貯蔵手段と、
以前ピクセル値の貯蔵手段に貯蔵された以前ピクセル値、または、前記制御及び外部システムインタフェース部から入力された現ピクセル値を、エラー信号によって選択して出力するための第1選択手段と、
クロックに同期し、前記以前ピクセル値を貯蔵するための前記以前ピクセル値の貯蔵手段と、
前記以前ピクセル値の貯蔵手段からの以前ピクセル値と前記入力された現ピクセル値との第１の差を求め、該第１の差と前記貯蔵されたエラー限界値とを比較して得られた出力信号を出力するためのエラー検出手段と、
前記エラー検出手段からの出力信号、相互関連した二重サンプリング方式によるリセットレベルとデータレベル及び一定のクロックカウントされたレベルの少なくとも一方との間の比較信号、並びに、前記貯蔵された補正制御信号を論理演算して前記エラー信号を出力するためのエラー出力手段と、
前記以前ピクセル値または前記入力された現ピクセル値を、前記出力されたエラー信号によって選択して補正されたデータとして出力するための第2選択手段と
を含むことを特徴とするイメージセンサのエラー検出及び補正装置。
【請求項２】
前記エラー検出手段が、
前記以前ピクセル値の貯蔵手段からの以前ピクセル値及び前記入力された現ピクセル値を減算して第２の差を求めるための減算手段と、
前記第２の差及び前記貯蔵されたエラー限界値を比較して比較結果を前記エラー信号として出力するための比較手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサのエラー検出及び補正装置。
【請求項３】
前記エラー検出手段が、
前記エラー検出手段からの出力信号、並びに、前記リセットレベルと前記データレベル及び前記一定のクロックカウンタされたレベルの少なくとも一方との間の比較信号を論理和するための論理和ゲートと、
前記論理和ゲートで論理和された結果の信号と、前記貯蔵された補正制御信号とを論理積して前記エラー信号を出力するための論理積ゲートと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサのエラー検出及び補正装置。
【請求項４】
前記論理和ゲートは、前記リセットレベルが前記データレベル未満であれば、「１」を論理和の結果として出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサのエラー検出及び補正装置。
【請求項５】
前記論理和ゲートは、前記リセットレベルが前記一定のクロックカウントされたレベル未満であれば、「１」を論理和の結果として出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサのエラー検出及び補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はイメージセンサに関し、特に高画質画像のためのエラーピクセル補正装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、イメージセンサとは光に反応する半導体の性質を利用してイメージを捕獲する装置という意味である。自然界に存在する各被写体の各部分は光の明るさ及び波長などが互いに異なるため、感知する装置の各ピクセルが持つ異なる電気的な値を信号処理可能なレベルに作ることがイメージセンサの機能である。
【０００３】
このようなイメージセンサはどの程度の高画質画像であるかにより市場での比較優位が決定される。しかし、イメージセンサが、数万から数十万個のピクセルから構成され、数百個程度のピクセルで感知したアナログ電圧をデジタル電圧に変える装置及び数百から数千個の貯蔵装置等で構成されることによる工程上のエラーの可能性が常に存在する。イメージセンサにエラーがある場合、エラーは画面上に小さな斑点あるいは線で認識されるので部分エラーのあるイメージセンサを全部不良チップと判定すれば、歩留まり(yield)が減少し、資源の浪費を招く問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はイメージセンサの部分エラーを補正して高画質を得るイメージセンサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、イメージセンサのエラー検出及び補正装置であって、
制御及び外部システムインタエース部でプログラミングされた情報に応じてエラー限界値を貯蔵するためのエラー限界値貯蔵手段と、
前記プログラミングされた情報に応じて補正可否を制御する補正制御信号を貯蔵するための補正制御貯蔵手段と、
以前ピクセル値の貯蔵手段に貯蔵された以前ピクセル値、または前記制御及び外部システムインタフェース部から入力された現ピクセル値をエラー信号によって選択して出力するための第1選択手段と、
クロックに同期し、前記以前ピクセル値を貯蔵するための前記以前ピクセル値の貯蔵手段と、
前記以前ピクセル値の貯蔵手段からの以前ピクセル値と、前記入力された現ピクセル値との第１の差を求め、該第１の差と前記貯蔵されたエラー限界値とを比較して得られた出力信号を出力するためのエラー検出手段と、
前記エラー検出手段からの出力信号、相互関連した二重サンプリング方式によるリセットレベルとデータレベル及び一定のクロックカウントされたレベルの少なくとも一方との間の比較信号、並びに、前記貯蔵された補正制御信号を論理演算して前記エラー信号を出力するためのエラー出力手段と、
前記以前ピクセル値または前記入力された現ピクセル値を、前記出力されたエラー信号によって選択して補正されたデータとして出力するための第2選択手段とを含む。
【０００７】
本発明は数万から数十万個のピクセルを持つイメージセンサが、任意のピクセル、及びその近辺のピクセルが普通ある程度の範囲で連続された値を持つという点を利用して、それぞれのピクセル値を周辺ピクセルと比較して大きい差のある場合エラーとして周辺セル等の値を利用してエラーセルを補正する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明では便宜上800×600ピクセルで構成されたピクセルアレイ部(20)、800個の比較器で構成された比較部(32)及び800×4×8個のラッチで構成された二重バッファ(40)でなされたイメージセンサを一例として説明する。
【００１０】
図1は本発明のCMOSイメージセンサに対するブロック図で、FSM(Finite StateMachine)を利用してイメージセンサの全体的な動作を制御し、外部システムに対するインタフェースの役割を担当する制御及び外部システムインタフェース部(10)、光に反応する性質を極大化させるようにしたピクセルを横はN個、縦はM個で配置して外部から入る像(image)に対する情報を感知するピクセルアレイ部(20)、センサの各ピクセルで感知したアナログ電圧をデジタルシステムで処理できるようにデジタル電圧に変えるアナログ-デジタル変換器(30)、上記アナログ-デジタル変換器(30)の出力に応答してデジタル化されたピクセルのイメージ信号値を貯蔵する二重バッファ(40)及び二重バッファ(40)で読み出すデータ(read data)をプログラムされたエラー判定値と出力モード値により適切に補正して補正したデータの制御及び外部システムインタフェース部(10)に出力するエラー補正部(50)からなる。
【００１１】
そして、アナログ-デジタル変換器(30)は各画素で感知した電圧と比較するのに使われる。該アナログ−デジタル変換器(30）は、クロックによって線形的に減少するランプ形態の比較基準電圧を作りだすランプ電圧発生器（31)、及びピクセルアレイ部(20)から出力される感知電圧(アナログ電圧)とランプ電圧発生器(31)から出力される比較基準電圧を比較し、比較基準電圧が画素電圧より大きい場合に制御及び外部システムインタフェース部(10)から出力されるカウンター値を二重バッファ(40)に書き込まれるようにする書き込み可能信号を出力するN個の配列で構成された比較部(32)でなる。
【００１２】
イメージセンサの全体的な動作では、まずチップの外部システムが制御及び外部システムインタフェース部(10)内の配置レジスタに所望の動作を指示するようにプログラミングされる。そして、プログラミングされた情報によって制御及び外部システムインタフェース部(10)は適切にピクセルアレイ部(20)を駆動して順に1ラインずつ読みだすことができるようにする。比較部(32)でピクセルアレイ部(20)から読みだしたアナログ電圧とランプ電圧発生器(31)から出力される比較基準電圧を比較し、比較された結果は二重バッファ(40)に対する書き込み可能信号となる。
【００１３】
この時、比較基準電圧がピクセルのアナログ電圧より高ければ、書き込み可能信号がイネーブルとされて、制御及び外部システムインタフェース部(10)から出力されるカウンター情報を二重バッファ(40)に書き込まれ、次のクロックにランプ電圧発生器(31)から出力される比較基準電圧は所定のランプ電圧程度に小さくなり、この値を再びピクセルから出力されるアナログ電圧と比較する作業を毎クロックごとに反復的に実施し、比較基準電圧がピクセルの電圧より低くなれば書き込み可能信号がディセブル（diseble）とされて、直前クロックに書き込まれたカウンター値がデジタルに変換されたピクセル電圧となる。
【００１４】
このように変換されて二重バッファ(40)に貯蔵されたデータはエラー補正部(50)に出力され、エラー限界値レジスタと出力モード値によって適切な補正を経た後、制御及び外部システムインタフェース部(10)に送られ、出力モードに合せて外部システムに出力される。
【００１５】
そして、本発明のイメージセンサはピクセルごとに生じるオフセット及び比較部(32)で発生する比較器オフセット等の多様な要因により生じるオフセットを補正するために相互関連された二重サンプリング方式(correlated double sampling method)を支援する。二重サンプリング方式はピクセルを構成するリセットトランジスタをターン-オン、トランスファトランジスタをターン-オフさせてリセットレベルに該当する電圧を獲得し、セットトランジスタをターン-オフさせた状態でトランスファトランジスタをターン-オンさせてフォトダイオードで生成された電荷を読みだしてデータ電圧を得た後、リセットレベルの電圧からデータレベルの電圧を引いてピクセル及び比較部(32)でのオフセットを除去することができる。これが、相互関連された二重サンプリング方式(CDS)の基本概念である。
【００１６】
図2は相互関連された二重サンプリングのためにランプ電圧発生器(DAC)(31)で2個のランプ基準電圧を作り出すことを図示するものであり、リセットレベル電圧サンプルは64クロックの間になされるが、実際のデータレベルに対するサンプルは256クロックの間になされ、正常な動作をする場合リセットレベルは常にデータレベルより大きい。
【００１７】
図3はエラー判定に関連した概念図であり、減算器により以前ピクセル値と現ピクセル値に関する差を求め、これら二つの値の差が、エラー限界値レジスタ(60)に貯蔵されたエラーと判定できるエラー限界値(critical value)より大きい場合に、補正制御レジスタ(Correction ON/OFF Register、70)から出力される補正制御信号に応答してエラーを出力する。すなわち、近辺のピクセル値と任意の所定値(エラー限界値)以上の差を表すピクセルをエラーのあるピクセルと判定する。エラー限界値は、周辺の明るさ又は被写体の程度にしたがって効率的になるように定める。
【００１８】
このために本発明のエラー補正部(50)はエラー限界値、プログラム可能なエラー限界値レジスタ(60)、及び補正制御信号を貯蔵するが、プログラム可能な補正制御レジスタ(70)を含む。補正制御レジスタ(70)はエラー補正作業が必要な場合に使われる。
【００１９】
図4は上記のエラー判定概念に基づいた本発明のエラー補正部(図1の50)の内部ブロック図を示す。該エラー補正部（50）は、エラーと判定できるエラー限界値を貯蔵するエラー限界値レジスタ(60)、補正可否を制御する制御信号を決定する補正制御レジスタ(70)、多様なエラー判定要因(A、B、C)を論理和してエラー発生可否を決定する論理和ゲート(100)、論理和ゲート(100)からの出力及び上記補正制御レジスタ(70)から出力される補正制御信号を論理積してエラー信号を出力する論理積ゲート(110)、クロックに同期されて以前ピクセル値を貯蔵している以前ピクセル値レジスタ(120)、該以前ピクセル値レジスタ(120)からの以前ピクセル値と現ピクセル値を入力されてその差を求めた後、上記エラー限界値との比較を通じてC信号を出力するエラー検出ロジック(80)、上記エラー信号に応答して以前ピクセル値レジスタ(120)に貯蔵された以前ピクセル値及び現ピクセル値のうちいずれかのひとつを選択して以前ピクセル値レジスタ(120)に出力する第1マルチプレクサ(130)、及び上記エラー信号に応答して以前ピクセル値及び現ピクセル値のうちいずれかのひとつを選択して補正されたデータに最終出力する第2マルチプレクサ(140)でなる。
【００２０】
エラー可否を決定するために論理和ゲート(100)に入力される多様なエラー判定要因(A、B、C)のうちAは、上記の関連された二重サンプル方式のリセット-データモードにおいてリセットレベル(Vreset)がデータレベル(Vdata)より大きいという点に着眼し、リセットレベル(Vreset)がデータレベル(Vdata)より小さい場合、以前セル値と比較する必要なしに無条件エラーと判定するために入力される信号である。また、Bはリセットモードでヘクサ値ffから64クロックだけカウンチングするために、リセットレベル(Vreset)が64クロックをカウンチングした後の値(VCLK)より小さい場合、以前ピクセル値と比較しなくても無条件エラーと判定するために入力される信号である。Cはエラーの原因がピクセル、電圧比較器、またはラッチにあるかに関係なしにエラー検出ロジック(80)で以前ピクセル値と現ピクセル値の差を求めて、その差とエラー限界値を比較した結果信号である。
【００２１】
補正制御レジスタ(70)が補正モードをイネーブル状態に指定すれば、論理和ゲート(100)から出力される信号に応答して論理積ゲート(110)からエラー信号が発生する。
【００２２】
発生されたエラー信号は、第1及び第2マルチプレクサ(130、140)に、入力信号の選択信号として入力される。すなわち、エラーが発生すれば、現ピクセルにエラーがあるので、以前ピクセル値を貯蔵する以前ピクセル値レジスタ(120)に現ピクセル値の代わりに以前ピクセル値をそのまま貯蔵し、出力するデータも以前ピクセル値をそのまま出力する。
【００２３】
結果的に、本発明は数万から数十万個のピクセルを持つイメージセンサの任意ピクセルとその近辺のピクセルが普通ある程度の範囲で連続された値を持つという点、及び関連された二重サンプリング概念を利用してイメージセンサの部分エラーを補正できる。
【００２４】
詳述したような本発明の概念は自然系に存在するアナログ的な性質及び人間が認識できる範囲を、適切に利用して僅かのエラーがあるチップを正常のように動作するようにすることにより、単にイメージだけでなくて音声などをデジタル方式で録音するにも適用が可能である。
【００２５】
すなわち、音声を高い周波数にサンプルする場合、あるサンプル値に異常が生じても本発明のエラー補正方法を使用すればエラーがないように復元することができる。
【００２６】
以上で説明した本発明は前述した実施例及び添付された図面により限定されることなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能だということは、当業者にとって明白なことである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、任意ピクセルにエラーが発生した場合、その近辺のピクセルが普通ある程度の範囲で連続された値を持つという点及び関連された二重サンプリング概念を利用してイメージセンサの部分エラーを補正することによって、多くのピクセルを含むイメージセンサチップの歩留まりを高めることができる効果があるので多くの経済的利益を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るCMOSイメージセンサのブロック図である。
【図2】相互関連された二重サンプリングに対する概念図である。
【図3】エラー判定に関連した概念図である。
【図4】本発明に係るエラー補正部の内部ブロック図である。
【符号の説明】
10:制御及び外部システムインタフェース部
20:ピクセルアレイ部
30:アナログ-デジタル変換器
31:ランプ電圧発生器
32:比較部
40:二重バッファ
50:エラー訂正ロジック
60:エラー限界値レジスタ
70:補正制御レジスタ
80:エラー検出ロジック
120:以前ピクセル値レジスタ
130、140:マルチプレクサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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