KR100966969B1 - 기계식 셔터의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

신호지연, 관성에 의한 물리적 지연 등에 의한 기계식 셔터의 속도 저하를 최소화함으로써 더욱 향상된 셔터 속도를 확보할 수 있는 기계식 셔터의 제어방법이 개시된다. 상기 기계식 셔터의 제어 방법은, 사용자가 이미지를 획득하기 위해 발생시키는 트리거 입력에 따라 이미지 센서에 잔류하는 이미지 정보를 제거하는 행 리셋 단계; 상기 행 리셋 단계가 개시된 시점으로부터 사전 설정된 지연시간 이후 상기 행 리셋 단계가 종료하기 이전에 기계식 셔터의 닫힘 동작 개시 신호를 상기 기계식 셔터 측으로 전송하는 단계; 상기 행 리셋 단계가 종료된 직후 상기 이미지 센서에 대한 노출이 이루어지는 단계; 및 상기 기계식 셔터가 완전히 닫히는 단계를 포함할 수 있다.
Figure R1020080081879
기계식 셔터, 지연, 행 리셋, 글로벌 리셋, 이미지 센서, CMOS

Description

기계식 셔터의 제어 방법{METHOD OF CONTROLLING MECHANICAL SHUTTER}
본 발명은 기계식 셔터의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신호지연, 관성에 의한 물리적 지연 등에 의한 기계식 셔터의 속도 저하를 최소화함으로써 더욱 향상된 셔터 속도를 확보할 수 있는 기계식 셔터의 제어방법에 관한 것이다.
최근, 일반적인 디지털 스틸 카메라와의 성능 격차를 줄이기 위해 모바일 기기에 내장되는 디지털 카메라 모듈에 기계식 셔터(mechanical shutter)의 적용이 점차 증가하고 있는 추세이다.
상기 기계식 셔터는 노출시간(exposure time)에 대한 제약이 중요한 문제가 되고 있다. 즉, 스텝 모터 등에 의해 구동되는 기계식 셔터 동작의 특성으로 인해 셔터 속도의 빠르기에 대한 제약이 존재한다.
디지털 카메라 등을 이용하여 영상을 획득하는데 있어서, 획득하고자 하는 영상은 매우 어두운 환경(예를 들어, 밤 시간의 야외)에서 매우 밝은 환경(예를 들어, 한낮에 햇빛이 내려쬐는 환경)까지 다양한 범위에 있을 수 있다. 매우 밝은 환 경에서, 카메라는 기계식 셔터나 조리개의 제약으로 인해 피사체에 대한 적절한 노출을 확보할 수 없다. 예를 들어, 기계식 셔터의 최대속도(가장 짧은 노출시간을 확보할 수 있는)가 제약되므로, 기계식 셔터를 이용한 카메라에서 매우 밝은 장면을 획득한 영상은 최대 셔터속도를 적용한 경우에도 과도한 노출을 발생시켜 획득한 영상에 원하지 않은 노출 오버(over) 현상이 나타날 수 있다.
특히, 기계식 셔터는, 셔터의 동작을 제어하기 위한 신호를 주고 받는 회로 동작에서 발생하는 지연, 전압을 여기하는 대서 오는 지연, 셔터를 구동하는 모터의 가속에 발생되는 지연, 셔터 닫힘 동작에서 발생하는 지연 등과 같이, 동작하는데 불필요한 지연들이 많이 발생하기 때문에 더욱 더 빠른 셔터 속도의 확보가 어려운 실정이다.
이에, 당 기술분야에서는, 전술한 기계식 셔터의 동작에서 발생하는 불필요한 지연의 영향을 최소화하면서 동시에 이미지 센서에 대한 매우 짧은 노출시간을 제공할 수 있는 기계식 셔터의 제어방법이 요구되고 있다.
본 발명은, 카메라 모듈 내 기계식 셔터의 동작에서 발생하는 불필요한 지연의 영향을 최소화하면서 동시에 이미지 센서에 대한 매우 짧은 노출시간을 제공할 수 있는 기계식 셔터의 제어방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 해결 수단으로서 본 발명은,
사용자가 이미지를 획득하기 위해 발생시키는 트리거 입력에 따라 이미지 센서에 잔류하는 이미지 정보를 제거하는 행 리셋 단계;
상기 행 리셋 단계가 개시된 시점으로부터 사전 설정된 지연시간 이후 상기 행 리셋 단계가 종료하기 이전에 기계식 셔터의 닫힘 동작 개시 신호를 상기 기계식 셔터 측으로 전송하는 단계;
상기 행 리셋 단계가 종료된 직후 상기 이미지 센서에 대한 노출이 이루어지는 단계; 및
상기 기계식 셔터가 완전히 닫히는 단계
를 포함하는 기계식 셔터의 제어방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 노출이 이루어지는 단계는, 상기 기계식 셔터가 닫힘 동작이 진행 중일 때 개시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 사전 설정된 지연시간을 조정함으로써 상기 노출이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 노출이 이루어지는 단계에서 상기 이미지 센서에 축적된 전하를 읽어들여 저장하는 단계; 상기 저장하는 단계가 종료된 후 상기 기계식 셔터를 여는 단계; 및 상기 기계식 셔터가 열린 후 프리뷰 모드로 귀환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이미지 센서의 행 리셋이 이루어지고 있는 동안 기계식 셔터의 동작이 개시됨으로써, 행 리셋이 이루어지는 동안 기계식 셔터를 구동하는데 불가피하게 발생하는 불필요한 지연을 발생시킴으로써 상기 불필요한 지연에 의한 셔터 속도 저하를 예방할 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, 셔터가 실제 닫히는 동작이 이루어지는 동안 이미지 센서에 대한 노출이 발생하게 함으로써, 이미지 센서의 노출시간을 현저하게 감소시켜 매우 밝은 환경에서도 적절한 노출을 갖는 영상을 획득 가능하게 하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으 며, 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. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 기계식 셔터가의 제어 방법이 적용되는 카메라 시스템의 일례를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 기계식 셔터가 적용되는 카메라 시스템은, 이미지 센서(11)와, 상기 이미지 센서(11)의 수광면 전방에 배치되는 렌즈(12), 조리개(13) 및 기계식 셔터(13)와, 이미지 센서(11) 및 기계식 셔터(14) 등의 동작을 제어하기 위한 제어부(15)와 획득된 영상을 저장하는 메모리부(!6)와, 기계식 셔터를 동작시키기 위한 스텝 모터와 같은 기계식 셔터 구동수단(미도시)의 동작을 지시하는 셔터 구동부(17) 및 사용자로부터 영상의 획득을 위한 트리거를 입력받기 위한 셔터 버튼(18)을 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(11), 제어부(!5), 메모리부(16), 셔터구동부(17) 및 셔터버튼(18)은 데이터 버스부(19)를 이용하여 서로 필요한 신호를 송수신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 기계식 셔터의 제어 방법을 도시한 타이밍도이다. 도 2의 상부에는 도시된 실선은 시간 경과에 따른 기계식 셔터의 열림 및 닫힘 상태가 도시되며, 도 2의 하부에는 시간 경과에 따른 이미지 센서 및 기계식 셔터의 제어 단계들을 도시한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시형태에 따른 기계식 셔터의 제어 방법의 작용 및 효과에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 일반적인 디지털 스틸 카메라 또는 모바일 기기의 카메라 모듈과 같은 카메라 시스템(10)은, 사용자가 원하는 영상을 획득하기 이전에 장면의 구도, 밝기 등을 미리 확인할 수 있도록 프리뷰 모드(S1) 상태에 있을 수 있다. 이 프리뷰 모드(S1)에서 기계식 셔터(14)는 이미 열려있는 상태에 있을 수 있으며, 기계식 셔터(14)의 열림으로 인해 노출된 이미지 센서(11)는 프리뷰에 필요한 최소 픽셀 어레이들을 활성화하여 프리뷰 영상을 생성한 후 디스플레이 수단(미도시)를 통해 디스플레이 할 수 있다.
다음으로, 사용자가 프리뷰 모드를 통해 획득하고자 하는 영상을 결정한 후, 'T1' 시점에서 셔터 버튼(18)을 누르거나 다른 적절한 수단을 이용하여 영상을 획득하고자 하는 결정을 통보하기 위한 트리거를 발생시킨다. 이러한 사용자에 의한 트리거의 발생을 제어부(15)에서 입력받은 후, 상기 제어부(15)는 이미지 센서(11)가 지원할 수 있는 최대 해상도를 갖는 전체 이미지를 획득하기 위해 이미지 센서(11)에 포함된 전체 픽셀 어레이를 활성화 시킨다(S2).
곧 이어, 카메라 시스템(10)은, 'T2' 시점에서 기계식 셔터를 동작시키는 글로벌 리셋 모드(Grobal Reset Mode)를 시작된다. 상기 제어부(15)는 이 글로벌 리셋 모드에 진입함과 동시에 이미지 센서(11)의 전체 픽셀 어레이 영역을 리셋하게 한다. 이를 통해, 이전에 진행되던 프리뷰 모드(S1) 또는 그 이전의 이미지 획득 과정에서 수광된 빛에 의해 이미지 센서(11)에 잔류하고 있던 이미지 정보를 모두 제거할 수 있다. 이미지 센서(11)가 CMOS인 경우 이러한 픽셀 어레이 영역에 대한 리셋은 픽셀의 행 단위로 이루어질 수 있으므로, 글로벌 리셋 모드가 개시된 후 이미지 센서(11)의 화소 전체를 리셋하는 단계를 행 리셋 단계(S3)라 한다.
한편, 본 발명은 이미지 센서(11)에 대한 행 리셋 단계(S3)가 진행되는 동안 셔터의 닫힘을 위한 준비 과정(S4)이 이루어진다. 이 셔터 닫힘 준비 과정(S4)은 제어부(15)에서 셔터 닫힘 동작 개시 신호를 생성하여 셔터측으로 전달함으로써 개시된다. 예를 들어, 상기 셔터 닫힘 준비 과정(S4)은 기계식 셔터(14)를 구동하기 위한 셔터 닫힘 동작 개시 신호를 제어부(15)에서 출력하하고 이를 셔터 구동부(17)에서 로딩하는데 소요되는 지연 시간, 기계식 셔텨를 동작시키기 위한 스텝 모터를 구동하기 위한 구동 전압을 여기하는데 소요되는 지연 시간 등을 포함할 수 있다. 더하여, 상기 준비 과정(S4)은, 상기 스텝 모터가 정지 상태에서 회전 상태로 상태 변환에 소요되는 가속 지연 시간, 셔터 자체의 닫힘동작을 위해 정지상태에서 이동을 시작하는데 관성에 의해 발생하는 지연 시간 등도 포함될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(15)는 닫힘 동작 개시 신호를 상기 기계식 셔터(14) 측(도 1 의 실시형태에서는 셔터 구동부(17))으로 전송한다.
이러한 셔터 닫힘 준비 과정(S4)이 종료된 후 실제 기계식 셔터(14)는 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환되고, 이 기계식 셔터(14)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환되는 시간 간격이 영상 획득을 위해 이미지 센서를 노출시킬 수 있는 인테그레이션(integratoin) 단계(S5)가 된다.
한편, 행 리셋 단계(S3)가 진행되는 동안 상기 셔터 닫힘 준비 과정(S4)이 종료되는 경우 행 리셋 단계(S3)가 종료되기 이전, 즉 실제 이미지 센서(11)가 영상 획득을 위해 노출되기 이전에 기계식 셔터(14)의 닫힘 동작이 시작될 수 있다. 행 리셋 과정이 종료되는 'T3' 시점에서 이미지 센서(11)의 노출이 시작되고, 기계식 셔터(14)가 실제로 완전히 닫히는 'T4' 시점에서 이미지 센서(11)의 노출이 종료될 수 있다. 따라서, 본 발명은 셔터가 완전 열림 상태에서 완전 닫힘 상태로 전환하는 중에 영상 획득을 위한 이미지 센서(11)의 노출이 이루어질 수 있다.
이러한 이미지 센서(11)의 노출 시간을 적절하게 노출하기 위해 행 리셋 단계(S3)가 개시되는 시점으로부터 임의의 지연시간(Dp)가 경과한 후 전술한 셔터 닫힘 준비 과정(S4)이 시작될 수 있다. 이미지 센서(11)의 행 리셋(S3) 단계에 소요되는 시간 및 셔터 닫힘 준비 과정(S4)에 소요되는 시간은 거의 일정하게 유지될 수 있으므로, 이 임의의 지연시간(Dp)를 정밀하게 제어함으로써 이미지 획득을 위해 이미지 센서(11)가 노출되는 노출 시간(Te)를 적절하게 조정할 수 있다.
이어, 기계식 셔터(14)가 완전한 닫힘 상태가 되면, 글로벌 리셋 모드가 종료되고 이미지 센서(11)에 축적된 전하를 읽어들이는 이미지 센서 판독 단계(S6)가 시작된다. 이미지 센서 판독 단계(S6)가 종료되면 셔터 열림 지시가 제어부(15)에서 셔터 구동부(17)로 전달되고, 셔터 닫힘 동작시와 유사하게 전기적 지연 및 관성에 의한 기계적 지연 시간이 지난 후 실제 셔터의 열림 동작이 개시된다(S7). 셔터 열림이 완료되면, 이미지 센서(11)는 다시 프리뷰 모드(S8)로 진입할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이미지 센서의 행 리셋이 이루어지고 있는 동안 기계식 셔터의 동작이 개시됨으로써, 행 리셋이 이루어지는 동안 기계식 셔터를 구동하는데 불가피하게 발생하는 불필요한 지연을 발생시킴으로써 상기 불필요한 지연에 의한 셔터 속도 저하를 예방할 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, 셔터가 실제 닫히는 동작이 이루어지는 동안 이미지 센서에 대한 노출이 발생하게 함으로써, 이미지 센서의 노출시간을 현저하게 감소시켜 매우 밝은 환경에서도 적절한 노출을 갖는 영상을 획득 가능하게 하는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구 의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 기계식 셔터의 제어 방법이 적용될 수 있는 카메라 시스템의 일례를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 기계식 셔터의 제어 방법을 도시한 타이밍도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 카메라 시스템 11: 이미지 센서
12: 렌즈 13: 조리개
14: 기계식 셔터 15: 제어부
16: 메모리부 17: 셔터 구동부
18: 셔터 버튼 19: 데이터 버스부

Claims (4)

  1. 사용자가 이미지를 획득하기 위해 발생시키는 트리거 입력에 따라 이미지 센서에 잔류하는 이미지 정보를 제거하는 행 리셋 단계;
    상기 행 리셋 단계가 개시된 시점으로부터 사전 설정된 지연시간 이후 상기 행 리셋 단계가 종료하기 이전에 기계식 셔터의 닫힘 동작 개시 신호를 상기 기계식 셔터 측으로 전송하는 단계;
    상기 행 리셋 단계가 종료된 직후 상기 이미지 센서에 대한 노출이 이루어지는 단계; 및
    상기 기계식 셔터가 완전히 닫히는 단계
    를 포함하는 기계식 셔터의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노출이 이루어지는 단계는,
    상기 기계식 셔터가 닫힘 동작이 진행 중일 때 개시되는 것을 특징으로 하는 기계식 셔터의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사전 설정된 지연 시간은,
    상기 노출이 이루어지는 단계가 개시되는 시점을 조정하기 위해 그 길이가 조정되는 것을 특징으로 하는 기계식 셔터의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노출이 이루어지는 단계에서 상기 이미지 센서에 축적된 전하를 읽어들여 저장하는 단계;
    상기 저장하는 단계가 종료된 후 상기 기계식 셔터를 여는 단계; 및
    상기 기계식 셔터가 열린 후 프리뷰 모드로 귀환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 셔터의 제어 방법.
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