KR100782768B1

KR100782768B1 - 고속 셔터 구동이 가능한 카메라 모듈

Info

Publication number: KR100782768B1
Application number: KR1020060113244A
Authority: KR
Inventors: 김상야
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-12-05

Abstract

마스터 클럭으로 동작하는 메인 DSP 칩을 갖는 휴대용 단말기에 적용되는 카메라 모듈에 있어서, 상기 마스터 클럭을 입력받아 상기 마스터 클럭보다 고속의 제1 클럭 및 상기 제1 클럭보다 저속의 제2 클럭을 생성하는 클럭 생성부; 상기 제1 클럭에 동기하여 동작하여 이미지를 검출하며, 제3 클럭 및 상기 제3 클럭에 동기하여 상기 검출된 이미지 데이터를 출력하며, 전자 롤링 셔터를 갖는 CMOS 이미지 센서; 상기 CMOS 이미지 센서로부터 출력된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭에 동기하여 하기 메모리에 기록하는 쓰기제어부와, 이미지 데이터를 저장하는 메모리, 및 상기 메모리에 저장된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭에 동기하여 읽어들이는 읽기제어부를 갖는 CMOS 이미지 센서 클럭 동작영역; 상기 읽기제어부에서 상기 제3 클럭에 동기하여 읽어들인 이미지 데이터의 동기클럭을 상기 제2 클럭과 동일한 속도의 클럭으로 변환하는 클럭변환부; 및 상기 제2 클럭과 동일한 속도의 클럭으로 동기클럭이 변환된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭에 동기하여 이미지 처리하고 이미지 처리된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭에 동기하여 상기 DSP칩으로 전송하는 이미지 프로세서를 포함하는 카메라 모듈이 개시된다.

카메라 모듈, CMOS 이미지 센서, 전자 롤링 셔터(ERS)

Description

고속 셔터 구동이 가능한 카메라 모듈{CAMERA MODULE FOR HIGH-SPEED SHUTTER DRIVING}

도 1은 CMOS 이미지 센서를 채용한 종래의 카메라 모듈의 일례를 도시한 블록구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 카메라 모듈을 도시한 블록구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

21: DSP 칩 22: 클럭생성부

23: CMOS 이미지센서 24: 쓰기제어부

25: 읽기제어부 26: SDRAM 제어부

27: 메모리(SDRAM) 28: 클럭 변환부

29: 이미지 프로세서 D1: CMOS 이미지 센서 클럭 동작 영역

D2: DSP 칩 클럭 동작 영역

본 발명은 고속의 셔터 구동이 가능한 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CMOS 이미지 센서의 전자 롤링 셔터를 고속으로 구동시킴으로써 CMOS 이미지 센서의 각 라인마다 노광 종료 시점의 불일치를 최소화할 수 있는 카메라 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지를 검출하여 전기신호로 출력하는 이미지 센서로는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등이 알려져 있다. 이 중 CMOS 이미지 센서는 저전력, 저가격의 특징으로 인해 휴대 전화 등의 이동 통신 단말기의 소형 카메라에 채용되고 있으며, 각 종 이미지 처리를 위한 타 요소들과 함께 모듈의 형태로 구현되고 있다(이하, CMOS 이미지 센서를 포함하는 카메라용 모듈을 "CMOS 이미지 센서 모듈"이라 함).

이와 같이 소형 단말기에 채용되는 CMOS 이미지 센서 모듈에는 소형화를 위해 기계식 셔터 대신 전자식 셔터가 이용되고 있으며, 특히 CMOS 이미지 센서 모듈에는 전자 롤링 셔터(Electronic Rolling Shutter: ERS)가 적용되고 있다.

상기 전자 롤링 셔터는 CMOS 이미지 센서의 각 화소들의 데이터를 한 라인씩 읽어 들이도록 라인 별로 순차적으로 셔터가 동작하는 특징이 있다. 따라서, 전체 CMOS 이미지 센서에서 검출되는 화상 내에서 각 라인 마다 노광 종료 시점이 서로 다르며, 이러한 특징으로 인해 움직이는 피사체를 촬영한 경우 화상이 왜곡되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 전자 롤링 셔터의 특성으로 인해 화상이 왜곡되는 현상을 방지하기 위해서는, CMOS 이미지 센서의 이미지 검출 속도를 고속화하여 각 라인 간의 노광 종료 시점의 차이를 감소시켜야 한다.

도 1은 CMOS 이미지 센서를 채용한 종래의 카메라 모듈의 일례를 도시한 블록구성도이다. 특히, 도 1은 카메라 모듈이 휴대 전화 등에 채용된 경우의 예를 도시한다. 휴대 전화의 메인 프로세서인 DSP 칩(11)으로부터 출력된 마스터 클럭(S11)은 카메라 모듈 내의 클럭생성부(12)로 입력되고, 상기 클럭생성부(12)는 입력된 마스터 클럭의 주파수를 배속처리 또는 분주처리하여 CMOS 이미지 센서(13)의 구동클럭(S12)을 생성한 후 이를 CMOS 이미지 센서(13)로 출력한다. CMOS 이미지 센서(13)는 이미지 데이터(S13)와 그에 동기한 클럭(S14)을 이미지 프로세서(ISP)(14)로 출력한다. 이미지 프로세서(14)는 CMOS 이미지 센서(13)로부터 입력받은 클럭(S14)과 동기하여, CMOS 이미지 센서(13)로부터 입력받은 RGB 베이어(Bayer) 배열의 이미지 데이터(S13)의 보간을 통한 RGB 또는 YCbCr의 이미지 데이터 변환처리, 색보정 또는 노이즈 제거 등의 이미지 처리가 이루어진다. 이미지 프로세서(14)에서 이미지 처리가 이루어진 데이터(S15)는 클럭(S14)와 함께 휴대 전화의 메인 프로세서인 DSP 칩(11)으로 출력된 후, DSP 칩(11)의 처리에 따라 액정 디스플레이에 표시되거나 휴대 전화 내부의 메모리에 저장될 수 있다.

이와 같이, 종래의 카메라 모듈의 구성에 있어서, CMOS 이미지 센서(13)의 구동은 휴대 전화의 메인 프로세서인 DSP 칩(11)의 구동 클럭인 마스터 클럭에 의존하고 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서(13)가 빠른 속도의 구동클럭으로 동작하더 라도, CMOS 이미지 센서(13)의 구동클럭보다 느린 클럭을 사용하는 DSP 칩(11)이 CMOS 이미지 센서(13)로부터 출력되는 이미지 신호를 수신할 수 없는 문제점이 있다. 또한, DSP 칩(11)의 느린 클럭에 맞추어 CMOS 이미지 센서(13)를 동작하는 경우, CMOS 이미지 센서(13)의 데이터 검출 속도가 느려지며 전자 롤링 셔터의 특성상 각 라인간 노광 종료 시점의 차이가 커짐으로써 CMOS 이미지 센서(13)로부터 검출되는 이미지의 왜곡이 커지는 문제점이 발생한다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 CMOS 이미지 센서의 이미지 검출 클럭과 메인 프로세서인 DSP 칩의 출력 클럭을 분리함으로써 상기 CMOS 이미지 센서의 각 라인간의 노광 종료 시점의 차이를 감소시킴으로써 화상의 왜곡을 최소화할 수 있는 카메라 모듈을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,

마스터 클럭으로 동작하는 메인 DSP 칩을 갖는 휴대용 단말기에 적용되는 카메라 모듈에 있어서,

상기 마스터 클럭을 입력받아 상기 마스터 클럭보다 고속의 제1 클럭 및 상기 제1 클럭보다 저속의 제2 클럭을 생성하는 클럭 생성부;

상기 제1 클럭에 동기하여 동작하여 이미지를 검출하며, 제3 클럭 및 상기 제3 클럭에 동기하여 상기 검출된 이미지 데이터를 출력하며, 전자 롤링 셔터를 갖는 CMOS 이미지 센서;

상기 CMOS 이미지 센서로부터 출력된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭에 동기하여 하기 메모리에 기록하는 쓰기제어부와, 이미지 데이터를 저장하는 메모리, 및 상기 메모리에 저장된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭에 동기하여 읽어들이는 읽기제어부를 갖는 CMOS 이미지 센서 클럭 동작영역;

상기 읽기제어부에서 상기 제3 클럭에 동기하여 읽어들인 이미지 데이터의 동기클럭을 상기 제2 클럭과 동일한 속도의 클럭으로 변환하는 클럭변환부; 및

상기 제2 클럭과 동일한 속도의 클럭으로 동기클럭이 변환된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭에 동기하여 이미지 처리하고 이미지 처리된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭에 동기하여 상기 DSP칩으로 전송하는 이미지 프로세서를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.

바람직하게, 상기 제1 클럭 및 제3 클럭의 주파수는 상기 CMOS 이미지 센서의 최대 허용 주파수일 수 있다.

또한, 상기 제2 클럭의 주파수는 상기 DSP 칩의 최대 허용 주파수인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 카메라 모듈은, 클럭 생성부(22), CMOS 이미지 센서(23), CMOS 이미지 센서 클럭 동작영역(D1), 클록변환부(28) 및 DSP 칩 클럭 동작영역(D2)를 포함하여 구성된다.

상기 클럭 생성부(22)는 휴대 단말기의 메인 DSP 칩(21)의 마스터 클럭(S21)을 입력 받아 상기 마스터 클럭(S21)보다 고속의 제1 클럭(S22) 및 상기 제1 클럭(S22)보다 저속의 제2 클럭(S26)을 생성한다. 상기 제1 클럭(S22)은 CMOS 이미지 센서(23)의 동작 클럭이 되고, 상기 제2 클럭(S26)은 DSP 칩 클럭 동작영역(D2)의 동작 클럭이 된다. 전자 롤링 셔터의 특성으로 인해 각 라인의 노광 종료 시점의 차이를 최소화하기 위해, 상기 CMOS 이미지 센서(23)가 동기되는 상기 제1 클럭(S22)의 주파수는 상기 CMOS 이미지 센서(23)가 허용할 수 있는 최대 속도의 동작을 할 수 있는 최대 허용 주파수인 것이 바람직하다.

상기 CMOS 이미지 센서(23)는 전자 롤링 셔터가 적용된다. 상기 CMOS 이미지 센서(23)는 상기 제1 클럭(S22)에 동기하여 동작하여 피사체의 이미지를 검출하며, 제3 클럭(S24)에 동기하여 상기 검출된 이미지 데이터(S23)를 출력한다. 즉, 상기 제1 클럭(S22)는 CMOS 이미지 센서(23)가 이미지 검출을 위한 동작에 사용되는 클럭이며, 상기 제3 클럭(S24)은 상기 CMOS 이미지 센서(23)가 출력하는 화상이 동기되는 클럭이다. 실질적으로 상기 제1 클럭(S22) 및 제3 클럭(S24)은 동일한 주파수를 갖는 클럭이다. 따라서, 상기 제3 클럭(S24) 또한 상기 이미지 센서가 허용하는 최대 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 이미지 센서(23)는 상기 제3 클럭(S24)을 이미지 센서 클럭 동작 영역(D1)으로 출력하며, 상기 이미지 센서 클럭 동작 영역(D1)에 포함된 구성요소들은 상기 제3 클럭(S24)에 동기되어 동작한다.

상기 CMOS 이미지 센서 클럭 동작 영역(D1)은 상기 제3 클럭(S24)에 동기하여 동작하는 구성요소를 포함한다. 상기 CMOS 이미지 센서 클럭 동작 영역(D1)은 쓰기제어부(24)와 읽기제어부(25)를 포함한다.

상기 쓰기제어부(24)는 상기 CMOS 이미지 센서(23)로부터 출력된 이미지 데이터(S23)를 상기 제3 클럭(S24)에 동기하여 메모리(27)에 저장하며, 상기 읽기제어부(25)는 상기 메모리(27)에 저장된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭(S24)에 동기하여 읽어들인다. 상기 메모리(27)는 통상의 SDRAM이 사용될 수 있으며, 상기 메모리(27)로 SDRAM이 채용되는 경우 상기 쓰기제어부(24) 및 읽기제어부(25)의 동작에 따라 SDRAM을 제어하기 위한 SDRAM 제어부(26)가 더 구비될 수 있다.

상기 클록변환부(28)는 상기 읽기제어부(25)로부터 읽어들인 이미지 데이터의 동기클럭을 저속으로 변환한다. 상기 클럭 생성부(22)에서 생성된 제2 클럭(S26)이 DSP 칩 클럭 동작 영역(D2)의 동기 클럭으로 사용되므로, 상기 클록 변환부(28)는 상기 읽기제어부(25)로부터 읽어들인 이미지 데이터의 동기클럭을 상기 제2 클럭(S26)과 동일한 속도의 클럭으로 변환하는 것이 바람직하다.

상기 DSP 칩 클럭 동작영역(D2)은, 상기 저속으로 변환된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭(S26)에 동기하여 이미지 처리하고 이미지 처리된 이미지 데이터를 상기 DSP칩(21)으로 전송하는 이미지 프로세서(29)를 포함할 수 있다. 통상적으로, CMOS 이미지 센서(23)로부터 출력되는 이미지 데이터는 RGB 베이어(Beyer) 패턴을 갖는 이미지이다. 상기 이미지 프로세서(29)는 상기 RGB 베이어 패턴의 이미지 데이터를 보간하여 RGB 또는 YCbCr의 이미지 데이터로 변환하고, 색상 보정 및 노이즈 제거 등과 같은 이미지 처리를 수행한다. 이와 같이 이미지 처리된 데이터는 상기 제2 클럭(S26)에 동기하여 상기 DSP칩(21)으로 전송된다. 상기 제2 클럭(S26)은 DSP 칩(21)에 전송되는 데이터가 동기되는 클럭이므로, 상기 DSP 칩(21)이 수용할 수 있는 주파수를 가져야 하며, 고속동작을 위해서, 상기 제2 클럭(S26)은 상기 DSP 칩(21)이 허용할 수 있는 가장 고속의 주파수를 갖는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고속의 CMOS 이미지 센서 클럭에 동기하여 동작하는 영역과 저속의 DSP 칩 클럭에 동기하여 동작하는 영역을 분리함으로써, 셔터 동작에 따라 CMOS 이미지 센서로부터 데이터를 읽어들이는 동작은 고속의 클럭에 동기하여 수행되고, 읽어들인 데이터를 이미지 처리하여 DSP 칩으로 전달하는 동작은 저속의 클럭에 동기하여 수행할 수 있다. 즉, CMOS 이미지 센서의 고속동작과 이미지 처리의 저속 동작을 서로 분리함으로써, 상기 CMOS 이미지 센서의 각 라인간의 노광 종료 시점의 차이를 감소시킬 수 있으면서, 저속 DSP 칩의 동작을 지원할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, CMOS 이미지 센서의 이미지 검출 클럭과 메인 프로세서인 DSP 칩의 출력 클럭을 분리함으로써 상기 CMOS 이미지 센서에 적용된 전자 롤링 셔터의 고속동작을 구현할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해, CMOS 이미지센서의 각 라인간의 노광 종료 시점의 차이를 감소시킴으로써 화상의 왜곡을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

마스터 클럭으로 동작하는 메인 DSP 칩을 갖는 휴대용 단말기에 적용되는 카메라 모듈에 있어서,

상기 마스터 클럭을 입력받아 상기 마스터 클럭보다 고속의 제1 클럭 및 상기 제1 클럭보다 저속의 제2 클럭을 생성하는 클럭 생성부;

상기 제1 클럭에 동기하여 동작하여 이미지를 검출하며, 제3 클럭 및 상기 제3 클럭에 동기하여 상기 검출된 이미지 데이터를 출력하며, 전자 롤링 셔터를 갖는 CMOS 이미지 센서;

상기 CMOS 이미지 센서로부터 출력된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭에 동기하여 하기 메모리에 기록하는 쓰기제어부와, 이미지 데이터를 저장하는 메모리, 및 상기 메모리에 저장된 이미지 데이터를 상기 제3 클럭에 동기하여 읽어들이는 읽기제어부를 갖는 CMOS 이미지 센서 클럭 동작영역;

상기 읽기제어부에서 상기 제3 클럭에 동기하여 읽어들인 이미지 데이터의 동기클럭을 상기 제2 클럭과 동일한 속도의 클럭으로 변환하는 클럭변환부; 및

상기 제2 클럭과 동일한 속도의 클럭으로 동기클럭이 변환된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭에 동기하여 이미지 처리하고 이미지 처리된 이미지 데이터를 상기 제2 클럭에 동기하여 상기 DSP칩으로 전송하는 이미지 프로세서를 포함하는 카메라 모듈.
제1항에 있어서,

상기 제1 클럭 및 제3 클럭의 주파수는 상기 CMOS 이미지 센서의 최대 허용 주파수인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
제1항에 있어서,

상기 제2 클럭의 주파수는 상기 DSP 칩의 최대 허용 주파수인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.