KR100787190B1

KR100787190B1 - 이미지 센서의 유효 다이나믹 레인지를 효과적으로증대하는 더블 셔터링 방법

Info

Publication number: KR100787190B1
Application number: KR1020060053370A
Authority: KR
Inventors: 김흥식; 김현철; 이의철; 이학대; 신태선; 원종선
Original assignee: 주식회사 쎄이미지
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-21
Also published as: KR20070119147A

Abstract

본 발명은 CCD영상소자의 더블 셔터링(Double shuttering)에 의한 하이 다이나믹 레인지(High Dynamic Range, HDR)구현에 관한 것으로,

종래 동일 장면을 고 휘도영상과 저 휘도영상으로 촬영하고 각 영상에서 잘 표현된 부분을 합성하여 한 장의 고감도 이미지를 얻기 위해, 두 장의 영상(고 휘도영상, 저 휘도영상)을 두 번의 노출시간 제어에 의해 촬영하고, 두 번의 출력시간에 두 영상이 출력되도록 하던 구동방법을,

두 장의 영상을 두 번의 노출시간 제어에 의해 촬영하고, 수직전송CCD의 일부분에 저장한 후 한 번의 출력시간에 두 영상이 출력되도록 함으로써,

하나의 영상을 촬영하고 촬영된 영상이 출력완료 되는 시간동안 다음 영상의 촬영대기시간을 최소화하는 동시에 두 영상의 노출시간을 자유롭게 제어 가능하게 하는 CCD영상소자의 더블 셔터링 방법에 관한 것이다.

CCD, 고체촬상소자, Multiple capture, Double shuttering, HDR(High Dynamic Range)

Description

이미지 센서의 유효 다이나믹 레인지를 효과적으로 증대하는 더블 셔터링 방법 {Double shuttering methode to increase effective dynamic range of image sensor}

도 1은 디지털 카메라의 블록도이다.

도 2는 종래의 CCD영상소자의 배치도이다.

도 3은 종래의 더블 셔터링방법을 나타낸 순서도이다.

도 4는 종래의 더블 셔터링구현 시 두 영상의 촬영 시간차를 나타낸 도이다.

도 5는 본 발명에 의한 더블 셔터링방법을 나타낸 순서도이다.

도 6은 본 발명에 의한 3전극 6상 구동의 일실시예를 나타낸 포텐셜도이다.

도 7a는 도 6의 일실시예에 따라 장시간 영상전하의 녹색 감광부로부터 수직전송CCD(30)로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7b는 도 6의 일실시예에 따라 장시간 영상전하의 적,청색 감광부로부터 수직전송CCD(30)로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7c는 도 6의 일실시예에 따라 장시간 영상전하를 3전극 아래로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7d는 도 6의 일실시예에 따라 단시간 영상전하의 녹색 감광부로부터 수직 전송CCD(30)로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7e는 도 6의 일실시예에 따라 단시간 영상전하의 적,청색 감광부로부터 수직전송CCD(30)로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7f는 도 6의 일실시예에 따라 두 영상의 다음 전송전극 아래로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7g는 도 6의 일실시예에 따라 두 영상의 다음 전송전극 아래로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 7h는 도 6의 일실시예에 따라 두 영상의 다음 전송전극 아래로 이동한 전하의 위치를 나타낸 도이다.

도 8은 본원발명에 의한 더블 셔터링 구현 시 두 영상의 촬영 시간차를 종래의 시간차와 비교하여 나타낸 도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10:기판 11:채널스톱층(CT)

12:판독게이트(TG) 20:감광부(Photo Diode, PD)

21:녹색 홀수 행 감광부 22:녹색 짝수 행 감광부

23:적색 홀수 행 감광부 24:적색 짝수 행 감광부

25:청색 홀수 행 감광부 26:청색 짝수 행 감광부

30:수직전송CCD(Vertical Charge Coupled Device, VCCD)

31:하부전송로

32:전송전극1(V1A, V1B, V3A, V3B 수직전송전극과 연결되어짐)

33:전송전극2(V2, V6 수직전송전극과 연결되어짐)

34:전송전극3(V4, V8 수직전송전극과 연결되어짐)

40:수평전송CCD(Horizontal Charge Coupled Device ,HCCD)

50:신호 출력부 60:구동펄스 공급라인

61:V1A 62:V1B

63:V2 64:V3A

65:V3B 66:V4

67:V6 68:V8

본 발명은 CCD영상소자에 관한 것으로, 특히 하이 다이나믹 레인지를 구현하기 위해 더블 셔터링 방식을 사용하는데 있어서,

두 영상을 두 번의 노출시간 제어에 의해 촬영하고, 처음 얻은 영상은 수직전송CCD(30)의 일부 하단에 임시로 저장하며, 두 번째 얻은 영상을 상기 임시 저장해둔 처음 영상과 함께 수평전송전극으로 전송하게 함으로써,

하나의 영상이 출력 완료될 때 까지 다음영상의 촬영대기 시간을 최소화하는 동시에 두 영상의 노출 시간을 자유롭게 제어가능하게 하는 CCD영상소자의 더블셔 터링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 카메라는 빛이 사물을 비칠 때 각 사물의 색깔에 따라 빛을 흡수 하거나 빛을 반사하는 정도의 차이를 이용하여, 사물이 반사하는 빛을 모아 카메라 렌즈를 통해 필름표면에 투과되면, 빛과 반응하는 화학물질이 도포된 카메라 필름은 입사된 빛과 반응하여 사물과 같은 영상을 형성하는 것을 원리로 하고 있다.

근래정보처리기술의 급속한 발전과 더불어 고성능 저가의 디지털카메라 보급이 확대되면서, 현시대를 지배해오던 광학카메라가 빠르게 디지털카메라로 대체되고 있다.

본원발명은 상기 디지털 카메라의 셔터링 기술에 관한 것으로 일반적인 디지털 카메라에서 영상을 촬영하는 과정을 도 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 렌즈로부터 들어온 빛이 광학카메라의 필름에 해당하는 CCD에서 일정 노출시간동안 빛의 양에 비례하는 전하로 축적되며, 축적된 빛은 구동펄스 발생부에 의해 이미지 센서 내부의 전송로(수직전송CCD(30), 수평전송CCD(40) 및 신호출력부)로 출력되고, 출력된 아날로그 정보는 A/D변환과정을 거쳐 JPEG로 압축되며, 압축되어진 이미지는 메모리부에 저장되고, 디스플레이부를 통해 화면에 보여 진다.

이러한 디지털 카메라는 사용자가 인화를 하지 않고도 디스플레이부를 통해 영상을 확인할 수 있고, 소형으로 가볍고 휴대가능하다는 등의 장점으로 휴대폰 및 의류장비에 널리 사용되고 있다.

하지만, 디지털카메라는 Fill Factor(빛에 민감한 실제 픽셀 면적의 퍼센트), Well Capacity(픽셀이 가지고 있을 수 있는 전하량의 크기), 셔터스피드와 픽셀사이즈 등의 기술상의 이유로 아직까지 자연영상을 완벽하게 담아 내지 못하고 있다.

따라서 디지털카메라의 고감도영상을 구현하기위해 웰 커패시티 어드저스팅(Well Capacity Adjusting), 멀티플 캡쳐(Multiple Capture), 공간변환노출(Spatially Varying Exposure), 타임 투 새추레이션(Time to Saturation), 로그 센서(Logarithmic Sensor), 로칼 어댑테이션(Local Adaptation)등의 많은 방법이 제시 되고 있다.

본원발명은 그중 인간의 시감도 특성에 가장 근접한 영상을 얻을 수 있는 멀티플 캡쳐(Multiple Capture)의 일종인 더블 셔터링(Double Shuttering)방법으로 하이다이나믹 레인지를 구현하기 위한 것이다.

다이나믹 레인지(Dynamic Range, DR)는 어떤 장면의 가장 높은 휘도 대 가장 낮은 휘도의 비율에 의해 결정되며, 보통 DR = 20Log(최대광량/최저광량)과 같이 표현하고 단위는 dB을 사용하여 표시한다.

일반적인 CCD영상소자로 촬영 가능한 다이나믹 레인지는 60~80dB이고 사람 눈의 다이나믹 레인지는 100~120dB로, 사람의 눈은 CCD영상소자 보다 더 큰 다이나믹 레인지를 가지며 주어진 밝기에서 약 10,000색상 정도를 구별할 수 있다.

다시 말해 CCD의 명암을 담을 수 있는 범위를 다이나믹 레인지라 하고, 큰 다이나믹 레인지를 가지는 이미지를 하이 다이나믹 레인지(HDR)이미지라 한다.

현재, 하이 다이나믹 레인지 이미지를 구현하는 기술 중 상기에서 언급한 더블 셔터링 기술은 동일 장면을 장시간 노출로 다량의 광량을 얻은 이미지와, 단시간 노출로 소량의 광량을 얻은 이미지로 두장의 영상을 촬영하고, 각 영상에서 잘 표현된 부분을 합성하면 고 휘도와 저 휘도의 비가 커지게 됨으로써, 하이 다이나믹 레인지(HDR)를 갖는 이미지를 생성할 수 있다.

본 발명은 하이 다이나믹 레인지를 구현하기 위해 CCD 이미지 센서의 전송전극 제어펄스를 더블셔터링으로 제어할 때 나타나는 문제점을 보안하기 위한 것으로 종래의 CCD영상소자의 구조와 더블셔터링 방법을 도 2와 도3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 CCD영상소자의 배치도이고, 원으로 표시한 부분은 해당 부분을 확대한 그림이며, 네모박스로 표시한 부분은 수직전송CCD(30)의 전송전극 하부의 투시도이다.

일반적인 CCD영상소자는 크게 다음과 같이,

기판과(10), 감광부(20), 수직전송CCD(Vertical Charge Coupled Device, VCCD)(30), 수평전송CCD(Horizontal Charge Coupled Device ,HCCD)(40), 신호 출력부(50)와, 구동펄스 공급라인(60)으로 분류한다.

본원발명은 더블셔터링 방법에 관한 것임으로 종래의 CCD영상소자에서 구조 변화는 없으며, 종래의 더블셔터링 방법을 설명하기 위해 CCD영상소자에서 촬영된 영상전하가 이동하는 감광부(20), 수직전송CCD(30), 수평전송CCD(40), 전송전극(32,33,34)을 중심으로 일반적인 CCD영상소자의 구조를 설명하면 다음과 같다.

먼저 CCD영상소자를 구성하는 몸채로 N형 반도체 웨이퍼에 P형 불순물과 N형 불순물의 도핑으로 CCD영상소자의 내부를 구분지어 형성된 기판(10)과;

감광부(20), 수직전송CCD(30), 수평전송CCD(40) 및 신호출력부(50)등의 각 소자간의 영역을 구분지어 주며 각 영역간의 전하 이동을 차단하는 역할을 하는 채널스톱(11)층과;

감광부(20)의 오른쪽 하단 채널스톱(11)층의 일부분에 위치하고, 판독전원(15V)이 인가 될 경우 감광부(20)와 수직전송CCD(30)사이에서 채널을 형성하여 감광부(20)에서 수직전송CCD(30)로 전하를 전송하며, 판독전압이 인가되지 않은 때에는 채널스톱(11)층과 같이 외부로 전하의 유출을 차단하는 차단벽으로 동작하는 판독게이트(12)와;

상기 기판(10)상에 화소 수에 따라 칼라 CCD영상소자의 경우 칼라필터를 가지고 , 홀수행에는 녹색 감광부(21), 적색 감광부(23)와 청색 감광부(25)가 위치하며, 짝수행에는 녹색 감광부(22), 적색 감광부(24)와 청색 감광부(26)가 위치하고 이러한 감광부들이 벌집 모양으로 서로 밀집되게 형성되며, 빛에 노출된 때 빛의 양에 비례하여 전하량을 생성, 축적하는 감광부(20)와;

상기 감광부(20)우측에 하나씩 존재하며 우측 감광부와는 채널스톱(11)층에 의해 절연하고, 좌측 감광부(20)와는 판독게이트(12)를 제외한 부분을 채널스톱(11)층으로 절연하며, 수직전송전극(30)의 아래 끝 쪽의 수평전송CCD(40)와 접촉하는 구성의 하부전송로(31)와, 하부전송로(31)표면에 절연층을 형성하고(미도시) 절연층 상부에 서로 겹치게 구성되며, 상기 판독게이트(12)를 통해 감광부(20)로부터 전송받은 전하를 하부 전송부(31)로 이송하고, 하부전송로(31)의 전하를 수직아래 방향으로 쉬프트하면서 이동할 수 있는 구동펄스를 인가하는 전송전극 1(32), 전송전극 2(33)와, 전송전극 3(34)을 포함하는 수직전송CCD(30)와;

상기수직전송CCD(30)와 같이 기판(10) 표면에 전하전송로를 두고 전하전송로 상부에는 전극을 두어 구동펄스에 의해 수직전송CCD(30)로부터 전송받은 전하를 신호출력부(50)로 전송하는 수평전송CCD(40)와;

수평전송CCD(40)로부터 플로팅 디퓨전(Floating Diffusion)영역으로 전하를 전송받고, 전송받은 전하를 센싱 앰프로 증폭하여 검출하며, 상기 검출 완료된 플로팅 디퓨전영역의 잔류전하는 Reset Gate에 의하여 리셋드레인 쪽으로 넘겨 플로팅 디퓨전영역을 초기화 하는 신호 출력부(50)와;

6상(V1, V2, V3, V4, V6, V8)의 구동회로를 가지고 있으며 V1, V3은 감광부로부터 수직전송CCD(30)로 이동하기위한 판독게이트 전압 15V(High Volt, H)와, 장시간 노출전하와 단시간 노출전하를 동시에 수평전송CCD(40)가 있는 아랫방향으로 전하를 출력하기 위한 (V1, V2, V3, V4, V6과 V8의 전압을)양의 전압(Middle Volt, M)과 음의 전압(Low Volt, L)으로 제어되는 구동펄스 공급라인(60)과;

상기 녹색 홀수행 감광부(21)에 판독전압을 인가하는 전송전극1(32)은 V1B(62)전송라인과 연결되고, 녹색 짝수행 감광부(22)에 판독전압을 인가하는 전송전극 1(32)은 V1A(61)전송라인과 연결되며, 적/청색의 홀수행 감광부(23,25)에 판독전압을 인가하는 전송전극 1(32)은 V3B(65)전송라인과 연결되고, 적/청색의 짝수행 감광부(24,26)에 판독전압을 인가하는 전송전극 1(32)은 V3A(64)전송라인과 연결되며, 홀수행의 전송전극 2(33)는 V2(63)전송라인과 연결되고, 짝수행의 전송전극 2(33)는 V6(67)전송라인과 연결되며, 홀수행의 전송전극 3(34)은 V4(66)전송라인과 연결되고, 짝수행의 전송전극 3(34)는 V8(68)전송라인과 연결되어 구성된다.

상기 수직전송CCD(30) 상부에 위치한 전송전극의 수와 상기 구동펄스공급라인(60)에 펄스를 공급하는 단자의 수에 따라 2층 전극 구조의 4상 구동형 CCD, 3층 전극 구조의 6상 구동형 CCD등으로 다양하게 구성할 수 있으며, 본원에서는 3층 전 극 6상 구동을 기준으로 설명한다.

상기와 같이 구성된 CCD영상소자에서 종래의 더블셔터링 방법을 도 3을 참고 하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 종래의 더블셔터링 방법을 나타낸 순서도이다.

이를 설명하면 먼저 T0~T1시간은 장시간 노출시간이며, 노출시간동안 감광부(20)로 전하를 축적한다.

T2~T4시간은 장시간 영상 판독시간이며, 녹색 감광부(21,22)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T5~T7시간은 장시간 영상 판독시간이며, 적/ 청색 감광부(23,24,25,26)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T8~T99시간은 장시간영상의 출력시간이며, 수직전송CCD(30)에서 수평전송CCD(40)를 거쳐 신호출력부(50)로 전하를 이동하는 시간이다.

상기 T0~T99시간은 단시간촬영의 대기시간이 되며, 이후 T100~T199시간은 장시간촬영의 대기시간이 된다.

T100~T101시간은 단시간 노출시간이며, 노출시간동안 감광부(20)로 전하를 축적한다.

T102~T104시간은 단시간 영상 판독시간이며, 녹색 감광부(21,22)로부터 수직전송CD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T105~T107시간은 단시간 영상 판독시간이며, 적/청색 감광부(23,24,25,26)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T108~T199시간은 단시간영상 출력시간이며, 수직전송CCD(30)에서 수평전송CCD(40)를 거쳐 신호출력부(50)로 전하를 이동하는 시간이다.

그러나 상기와 같은 종래의 더블셔터링을 위한 전송전극의 제어방법은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이,

첫 번째(장시간) 촬영한 영상신호는 판독시간(t₂)과 판독한 영상신호의 출력시간(t₃)을 갖고, 두 번째(단시간) 영상을 출력하기 위한 판독시간을 갖기 때문에, 두 번째(단시간) 영상을 출력하기 위해서는 첫 번째(장시간) 영상정보가 모두 출력(T99)되기까지 시간차(△t=t₂+t₃)가 발생한다는 문제점이 있다.

여기에서 출력시간(t₃)은 모든 화소의 영상을 신호출력부로 전송하는 시간을 말하며, 이는 화소 수에 비례하는 긴 시간(T8~T99)이 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

장시간노출영상의 출력시간동안 장시간노출로 포획된 전하를 수평전송CCD(40)로 출력하던 것을 수직전송CCD(30)의 일정 위치에 임시 저장해 두고 바로 단시간노출영상의 판독과정을 거쳐 두 영상을 동시에 수평전송CCD(40)로 출력하게 함으로써,

더블셔터링 구현 시 장시간영상과 단시간영상의 촬영 시간차를 줄일 수 있고, 또한 장시간노출시간과 단시간노출시간을 자유롭게 조절할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본원발명을 위한 CCD영상소자의 기본적인 구성은 종래의 CCD영상소자의 구성과 동일하며, 단지 더블셔터링을 위한 전송전극(32, 33,34)의 제어방법에 차이가 있을 뿐이다.

따라서 본원발명에서는 더블셔터링을 제어하는 과정에 중심을 두어 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 의한 더블 셔터링 방법을 나타낸 순서도이다.

이를 설명하면 먼저 T0~T1시간은 장시간노출시간이며, 노출시간동안 감광부(20)로 전하를 축적한다.

T2~T4시간은 장시간영상판독시간이며, 녹색 감광부(21,22)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T5~T7시간은 장시간영상판독시간이며, 적/청색 감광부(23,24,25,26)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T8~T13시간은 장시간영상의 이동시간이며, 수직전송CCD(30)로 옮겨진 위치에서부터 3전극 아래로 이동하는 시간이다.

상기 T0~T13시간은 단시간영상의 촬영대기시간이 되고, 이후 T14~T21시간은 장시간영상의 저장시간이며, 단시간영상출력시간까지 저장된다.

T14~T15시간은 단시간노출시간이며, 노출시간동안 감광부(20)로 전하를 축적한다.

T16~T18시간은 단시간영상판독시간이며, 녹색 감광부(21,22)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T19~T21시간은 단시간영상판독시간이며, 적/청색 감광부(23,24,25,26)로부터 수직전송CCD(30)로 전하를 이동하는 시간이다.

T22이후 시간은 두 영상(장시간 영상, 단시간 영상)의 출력시간이며, 두 영상을 동시에 수직전송CCD(30)에서 수평전송CCD(40)를 거쳐 신호출력부(50)로 전하를 이동하는 시간이다.

상기와 같은 본원발명의 더블셔터링 제어방법을 종래의 더블셔터링 방법을 설명한 도 3과 비교하면 종래에는 단시간영상신호를 T8~T99시간동안 출력하던 것을

본원발명에서는 단시간영상신호를 임시저장하기 위해 T8~T13시간동안 수직전송CCD(30)상에서 3전극 아래로 이동하는 시간으로 줄이고, 장시간영상을 촬영한 뒤 임시 저장한 단시간영상과 같은 시간에 수직전송CCD(30)에서 수평전송CCD(40)로 출 력한다.

이와 같은 더블셔터링 제어방법은 단시간영상을 촬영하고 장시간영상을 촬영하기까지의 시간차를 종래의 T0~T101시간이 소요되는 것에 반해 T0~T15시간으로 줄일 수 있어, 장시간영상촬영을 위한 대기 시간이 단축 된다.

상기와 같이 본원발명에 의한 더블셔터링 제어방법으로 영상신호전하가 감광부(10)로부터 전송전극을 통해 수평전송CCD(40)로 이동하는 동작과정의 일 실시예를 도 2와 도6내지 도7을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 3전극 6상의 일반적인 CCD영상소자의 구조를 나타낸도이고, 도 6은 본 발명에 대한 더블 셔터링 구동의 일실시예를 나타낸 포텐셜도 이며, 도 7a~7h는 도 6의 일실시예에 따라 이동하는 전하의 위치를 나타낸 도이다.

다음 설명과정에서 사용되는 H(High Volt)전압은 15볼트의 높은 전압을 말하는 것으로 판독게이트(12)에 채널을 형성할 때 사용되는 전압이며, M(Middle Volt)전압은 15볼트 이하의 낮은 양의 전압을 말하며, L(Low Volt)전압은 음의 전압을 말한다.

먼저 T0시간까지 감광부(20)의 양쪽의 전송전극(V6-V3B, V2-V1B, V6-V3A, V2-V1A)의 전압을 L-L로 하고 장시간 노출하여 전하를 포획한다.

T1에서 T3시간에 녹색 감광부(21,22)의 전하 판독을 위해 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 V1B(62), V1A(61)에 H전압이 인가되며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 M전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-H-M)

T4시간에 녹색 감광부(21,22)에 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 각 V1A(62), V1B(62)에 M전압을 인가하며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 L전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-M-L) 인가된 전압에 의해 도 7a와 같이 전송전극 1의 하부전송로(31)에 위치하게 된다.

T5에서 T6시간에 적색 감광부(23,24)와 청색 감광부(25,26)의 전하 판독을 위해 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전극 1(32)의 V3B(65), V3A(64)에 H전압이 인가되며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 M전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-H-M)

T7기간에 적색 감광부(23,24)와 청색 감광부(25,26)에 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 각 V1A(62), V1B(62)에 M전압을 인가하며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 L전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-M-L) 인가된 전압에 의해 도 7b와 같이 상기 T4에 완료된 전하와 함께 전송전극 1의 하부전송로(31)에 위치하게 된다.

T8에서 감광부(20)로부터 전송전극 1(32)로 전송 완료된 장시간 노출전하를 전송전극 3(34)으로 이동시키기 위해 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 V3B(65), V3A(64)에 M전압이 인가되며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 M전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-M-M)

T9에서 전송전극 1(32)과 전송전극 3(34)으로 확장된 장시간 노출전하를 전송전극 3(34)으로 모두 이동하기 위해 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 V3B(65), V3A(64)에 L전압이 인가되며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 M전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-L-M)

T10에서 T13시간동안 장시간 노출전하를 상기 T8, T9와 같은 방법으로 아래의 3개의 전극만큼 쉬프트 시켜 전하를 이동한다. 이렇게 이동된 전하의 위치는 도 7c와 같이 처음 전송받은 감광부(20) 아래쪽에 위치한 감광부(20)에서 판독게이트(12)가 없는 왼쪽하단부의 전송전극 1(32)에 위치하게 된다. 이동된 장시간 노출전하는 상기 위치에서 단시간 영상의 출력시간까지 임시 저장되어진다.

단시간 영상의 촬영을 위해, T14에서 T15시간까지 감광부(20)의 양쪽의 전송전극(V6-V3B, V2-V1B, V6-V3A, V2-V1A)의 전압을 L-L로 하고 단시간 노출하여 전하를 포획한다.

T16에서 T17시간에 녹색 감광부(21,22)의 전하 판독을 위해 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 V1B(62), V1A(61)에 H전압이 인가되며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 M전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-H-M)

T18기간에 녹색 감광부(21,22)에 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 각 V1A(62), V1B(62)에 M전압을 인가하며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 L전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-M-L) 인가된 전압에 의해 도 7d와 같이 녹색 감광부(21,22) 아래쪽에 위치한 전송전극 1(32)의 하부전송로(31)에, 각 상기 T13시간에 저장한 장시간 노출전하는 녹색 감광부(21,22)의 왼편, 단시간 노출전하는 녹색 감광부(21,22)의 오른편에 위치하게 된다.

T19에서 T20시간에 적색 감광부(23,24)와 청색 감광부(25,26)의 전하 판독을 위해 전송전극 2(33)의 V2(63), V6(67)에 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 V3B(65), V3A(64)에 H전압이 인가되며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 M전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-H-M)

T21기간에 적색 감광부(23,24)와 청색 감광부(25,26)의 전송전극 2(33)에 V2(63), V6(67)는 L전압이 인가되고, 전송전극 1(32)의 각 V1A(62), V1B(62)는 M전압을 인가하며, 전송전극 3(34)의 V4(66), V8(68)에 L전압이 인가된다. (전송전극의 배치순서대로 L-M-L) 인가된 전압에 의해 도 7e와 같이 각 적색과 청색 감광부(23,24,25,26)의 오른쪽 아래 전송전극 1(32)의 하부전송로(31)에 위치하게 된다.

T22에서 T23시간동안 T8, T9와 같은 방법으로 전송전극 1(32)에 각 감광부(20)를 기준으로 좌측에는 장시간 노출전하와 우측에는 단시간 노출전하를, 동시에 전송전극 1(32)에서 전송전극 3(34)으로 이동시킨다. 하부전송로(31)의 수직 아랫방향을 따라 도 7f와 같이 이동하게 된다.

T24에서 T25시간동안 장시간 노출전하와 단시간 노출전하를 동시에 상기 T22~ T23과 같은 방법으로 도 7g와 같이 전송전극 3(34)에서 전송전극 2(33)로 이동하게 된다.

같은 방법으로 T26에서 T27시간동안 도 7h와 같이 전송전극 2(33)에서 전송전극 1(32)로 이동하게 된다. 이하 같은 방법으로 두 영상전하를 수직전송CCD(30)에서 수평전송CCD(40)로 차례로 이동시킨다.

상기에서 설명한 본원발명의 동작과정에 따른 두 영상 간 촬영시간차를 종래의 두 영상 간 촬영시간차와 비교한 도 8을 참고 하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 단시간 영상의 촬영대기 시간(△t=t₂+t₃)은 판독시간(t₂)과 출력시간(t₃)이고, 출력시간(t₃)은 모든 수광부의 정보를 신호출력부로 출력하는 시간이므로 화소 수에 비례하는 긴 시간이었다.

그러나 본 발명에 의한 단시간 영상의 촬영대기 시간(△t'=t₂+t₄)은 판독시간(t₂)과 저장위치로의 이동시간(t₄)이고, 저장위치로의 이동시간(t₄)은 수직전송CCD(30)의 하단 일부분으로 이동하는 것이다. 그럼으로, 종래에 출력시간(t₃)에 비해 극히 적은 시간(t₃>t₄)임으로 두 영상 간 촬영시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

좀더 자세하게 도 3과 도 5에서와 같이, 종래의 두 번째 영상의 촬영대기시간은 T2~T99시간이 소요되고, 본 발명에서의 두 번째 영상의 촬영대기시간은 T2~T13시간으로 크게 줄어들었음을 확인할 수 있다.

또한, 두 영상의 노출시간을 자유롭게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

상기한 바와 같이 CCD영상소자의 더블셔터링을 구현한 본원발명에 따르면 두 영상신호를 출력하는 과정에 있어서, 두 번의 영상 노출시간과 한 번의 영상출력시간을 갖게 함으로써, 두 번째 영상의 촬영대기 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한 본원발명에 따르면 두 영상의 노출시간을 자유롭게 제어할 수 있는 장점이 있다.

Claims

동일한 장면을 고 휘도영상과 저 휘도영상으로 촬영하는 더블셔터링(Double Shuttering)기법에 있어서 두 영상 간 촬영시간을 최소화하기 위한 전송전극의 구동방법은,

첫 번째 영상을 촬영하기 위한 노출단계와;

노출단계를 거쳐 얻어진 신호전하를 판독게이트를 통해 수직전송CCD(30)로 판독하는 판독단계와;

상기 수직전송CCD(30)로 판독된 영상신호를 임시 저장하기 위해 수직전송CCD상에서 3전극 아래로 이동하는, 저장위치로의 이동단계와;

수직전송CCD(30)의 상기 저장위치에서 단시간 영상 촬영 시간까지 장시간 영상 신호의 저장단계와;

상기 수직전송CCD(30)에서 첫 번째 영상의 이동단계이후 두 번째 영상을 촬영하기 위한 노출단계와;

상기 노출단계를 거쳐 얻어진 신호전하를 판독게이트를 통해 수직전송CCD(30)로 판독하는 판독단계와;

상기 수직전송CCD(30)로 판독된 두 번째 영상과, 임시 저장한 첫 번째 영상을 동시에 수직전송CCD(30)에서 수평전송CCD(40)를 거쳐 신호출력부로 출력하는 단계를;

포함하여 구성됨을 특징으로 하는 CCD영상소자의 유효 다이나믹 레인지를 효과적으로 증대하는 더블 셔터링 방법.