KR20070016381A - 자동초점조절 기능을 갖는 ｃｍｏｓ 이미지센서 및 그를포함하는 카메라 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동초점조절 기능을 위한 장치 중 렌즈의 초점 위치를 변화시키는 액추에이터(Actuator)를 제어하는 기능을 CMOS 이미지센서 칩 내에 내장함으로써, 자동초점조절 기능을 이용한 최적의 이미지를 찾는데 소요되는 시간을 단축하고 안정적인 이미지 처리를 가능하게 하기 위한 것으로서, 다양한 특성을 갖는 액추에이터와 자동초점조절 알고리즘을 연동하여 동작시키는 제어 방식을 CMOS 이미지센서 칩 내에 내장하는데 그 특징이 있다. 여기서, 액추에이터는 CMOS 이미지센서를 이용하여 자동초점조절 기능을 구현할 때, 이미지의 초점 위치를 변화시키기 위하여 사용되는 모든 드라이버(IC), 렌즈 또는 회로를 포함한다.

이를 통해, 본 발명은 매 프레임마다 CMOS 이미지센서의 외부에 액추에이터 제어신호를 출력하는 종래의 방식에 비해 액추에이터를 제어하는 시간을 줄일 수 있으며, 동작 오류를 방지할 수 있는 장점이 있다.

자동초점조절(AFC), CMOS 이미지센서, 카메라 장치, 액추에이커, AF 알고리즘.

Description

자동초점조절 기능을 갖는 ＣＭＯＳ 이미지센서 및 그를 포함하는 카메라 장치{CMOS IMAGE SENSOR HAVING CAPABILITY OF AUTO FOCUS CONTROL AND APPARATUS OF CAMERA HAVING THE SAME}

도 1은 자동초점조절 기능을 갖는 종래의 카메라 장치를 개략적으로 도시한 블럭 구성도.

도 2는 자동초점조절 기능을 갖는 본 발명의 카메라 장치를 개략적으로 도시한 블럭 구성도.

도 3은 도 2에 기재된 CMOS 이미지센서의 일실시 예에 따른 블럭 구성도.

도 4는 도 3의 액추에이터 제어부를 도시한 상세 블럭 구성도.

도 5는 도 4에 도시된 액추에이터 제어부를 통해 액추에이터가 개 루프 제어되어 동작하는 경우를 설명하기 위한 블럭 구성도.

도 6은 도 4에 도시된 액추에이터 제어부를 통해 액추에이터가 폐 루프 제어되어 동작하는 경우를 설명하기 위한 블럭 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

300 : 센싱부 301 : 제어부

302 : 자동초점 알고리즘부 303 : 액추에이터 제어부

본 발명은 자동초점조절 기능을 구현할 수 있는 장치에 관한 것으로, 특히 자동초점조절 기능을 갖는 CMOS 이미지센서 및 그를 포함하는 카메라 장치에 관한 것이다.

이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이 중에서 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다.

반면, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하며, 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자로서, 저전력 및 고집적 특성이 우수하여 소형화된 카메라 장치에 적합하다.

광학계의 광축에 평행하게 입사한 빛이 렌즈를 통과하거나 반사거울에서 반사한 후에 일단 어떤 점에 모이거나 또는 어떤 점에서 나오는 것 같이 진행할 때 그 점이 렌즈나 반사거울의 초점을 이룬다. 따라서, CMOS 이미지센서에서도 피사체 에 따라 렌즈의 초점을 맞추어주어야 하며, 이는 자동초점조절(Auto Focus Control; 이하 AFC라 함)을 통해 구현된다.

AFC의 예로서, 망원경의 경우는 대물렌즈와 대안렌즈의 거리를 조정하는 것이며, 카메라의 경우는 대물렌즈와 필름 간의 거리를 조정하는 것을 들 수 있다. 한편, 카메라의 경우는 복합렌즈를 이용한 초점거리 변경으로 초점이 이루어지는 경우도 있다. 아울러, 주지된 바와 같이 AFC는 삼각 측량법 원리로 거리를 재고 그에 따라 렌즈를 조절한다.

최근의 이미지센서 시스템에서 AFC 기능이 이미지센서의 필수적인 기능으로 자리잡았으며, 다양한 환경 하에서 얼마나 선명하게 초점을 맞추는가가 이미지센서의 기능을 결정하는 기준이 되고 있다. 이에 따라 AFC 기능을 구현하는 이미지센서 시스템이 늘어나고 있으며, 최근에는 최단 시간 내에 초점이 맞는 위치로 렌즈를 이동시켜 최적의 이미지를 얻어내는 과정이 매우 중요하게 되었다.

도 1은 자동초점조절 기능을 갖는 종래의 카메라 장치를 개략적으로 도시한 블럭 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 카메라 장치는 집광을 위한 렌즈(100a)와 렌즈(100a)를 구동하기 위한 액추에이터(100b)를 구비하여 AFC 동작을 통해 피사체에 따라 알맞은 초점을 얻기 위한 렌즈 모듈(100)과, CMOS 기술에 따라 구현되며, 렌즈 모듈(100)을 통해 피사체로부터 얻어진 광학 영상을 전기적인 신호로 변환한 다음, 영상 출력을 위한 포맷을 갖춘 이미지 정보로 변환하여 출력하기 위한 CMOS 이미지센서(101)와, CMOS 이미지센서(101)로부터 출력되는 신호를 매 프레임 단위로 처리하고, 렌즈 모듈(100)을 구동하기 위한 초점 값을 계산하기 위한 이미지 프로세서(102)를 구비한다.

도면에서는 이미지 프로세서(102)로부터 제공되는 초점 값 제어신호(Ctrl)를 입력받아 렌즈 모듈(100)을 구동하기 위한 드라이버(103)를 점선으로 표시하였다. 이는 드라이버(103)를 별도로 구비할 수도 있고, 별도로 구비하지 않을 수도 있기 때문이다.

한편, 이미지 프로세서(102)는 렌즈 모듈(100)로부터 그 상태 값(State)을 제공받는다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 종래의 CMOS 이미지센서를 이용한 자동초점조절 시스템은, CMOS 이미지센서의 외부에 CMOS 이미지센서를 제어하기 위한 별도의 제어용 칩(IC)을 구비하고, CMOS 이미지센서에서 출력되는 각 프레임별 이미지 정보를 처리하고 초점 값을 생성하여 제어용 칩에 내장되어 있는 자동초점조절 알고리즘에 따라서 액추에이터를 제어하면서 최적의 초점 위치를 찾았다.

이 방식에서는 이미지센서로부터 데이터를 받는 단계와, 이미지를 처리하는 단계 및 액추에이터를 제어하는 단계를 필요로 하며, 액추에이터를 제어하는 단계에서 동작시간이 소요되어 AFC에 필요한 동작시간을 증가시키는 요인이 된다.

또한, 액추에이터의 제어와 CMOS 이미지센서의 제어가 별도로 이루어지기 때문에 액추에이터의 동작이 완료된 이후에 획득되는 이미지가 렌즈의 위치가 안정적인 위치에서 얻어진 이미지가 아니므로, AFC 알고리즘의 동작이 불안정해 질 수 있다. 따라서, CMOS 이미지센서에서 출력되는 이미지 데이터를 실시간으로 처리하고, CMOS 이미지센서의 내부 이미지 획득 과정과 제어신호를 주고받으며 동작하는 AFC용 액추에이터 제어 방식이 필요하다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 자동초점조절을 위한 별도의 시간 추가를 줄이면서, 자동초점조절 알고리즘의 동작을 안정적으로 실행할 수 있는 CMOS 이미지센서 및 그를 포함하는 카메라 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수 개의 단위 화소를 구비하고, 이를 통해 외부의 피사체에 대한 광학 영상을 입력받아 각 단위 화소별로 해당 화소의 색상에 대한 전기적 신호를 출력하는 센싱부; 상기 센싱부로부터 출력되는 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 프로세싱하여 영상 신호를 출력하며, 상기 센싱부를 제어하기 위한 제어부; 상기 영상 신호를 입력받아 자동초점조절용 추적 알고리즘을 이용하여 초점 값을 계산하기 위한 자동초점 알고리즘부; 및 상기 초점 값을 이용하여 액추에이터를 제어하기 위한 액추에이터 제어부를 포함하는 CMOS 이미지센서를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 집광을 위한 렌즈와, 상기 렌즈를 구동하기 위한 액추에이터를 구비하여 자동초점조절 동작을 통해 피사체에 따라 알맞은 초점을 얻기 위한 렌즈 모듈; 및 CMOS 기술에 따라 구현되며, 렌즈 모듈을 통해 피사체로부터 얻어진 광학 영상을 전기적인 신호로 변환한 다음, 영상 출력을 위한 포맷을 갖춘 이미지 정보로 변환하여 출력하기 위한 CMOS 이미지센서를 구비하며, 상기 CMOS 이미지센서는 상기 액추에이터를 제어하기 위한 제어기를 내장하고 자신의 출력을 매 프레임 단위로 처리하고, 상기 렌즈 모듈을 구동하기 위한 초점 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치를 제공한다.

본 발명은 CMOS 이미지센서 내부에 AFC용 액추에이터 제어기를 내장하는 방식이며, 내장되어 있는 AFC용 액추에이터 제어기는 CMOS 이미지센서에서 매 프레임마다 자동초점 추적 알고리즘(Auto focus tracking algorithm)에 의해서 지시되는 명령에 따라 외부에 위치하는 액추에이터를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 방식을 사용함으로써, 매 프레임마다 이미지 데이터를 처리하고 액추에이터를 제어하기 위해 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 액추에이터 제어기가 내장된 타이밍 제어 알고리즘(Timing control algorithm)을 이용하여 액추에이터 제어신호의 출력이 완료된 후, 계산된 타이밍 값만큼의 시간 지연(Delay)을 주고 렌즈 이동이 완료되었다는 신호를 발생시켜 렌즈가 안정적인 위치에 고정된 상태에서 획득된 CMOS 이미지센서의 프레임 이미지 데이터를 AFC 알고리즘에서 사용되도록 제어하여 AFC 알고리즘에서 발생할 수 있는 동작 오류를 방지한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 AFC 기능을 갖으며, CMOS 이미지센서를 이용한 카메라 장치에서 AFC 알고리즘을 효율적으로 운영하도록 CMOS 이미지센서 내부에 액추에이터 제어기를 내장하여 액추에이터를 제어한다.

도 2는 자동초점조절 기능을 갖는 본 발명의 카메라 장치를 개략적으로 도시한 블럭 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 카메라 장치는 집광을 위한 렌즈(200a)와 렌즈(200a)를 구동하기 위한 액추에이터(200b)를 구비하여 AFC 동작을 통해 피사체에 따라 알맞은 초점을 얻기 위한 렌즈 모듈(200)과, CMOS 기술에 따라 구현되며, 렌즈 모듈(200)을 통해 피사체로부터 얻어진 광학 영상을 전기적인 신호로 변환한 다음, 영상 출력을 위한 포맷을 갖춘 이미지 정보로 변환하여 출력하기 위한 CMOS 이미지센서(201)를 구비하며, CMOS 이미지센서(201)는 액추에이터(200b)를 제어하기 위한 제어기를 내장하고 자신의 출력을 매 프레임 단위로 처리하고, 렌즈 모듈(200)을 구동하기 위한 초점 값을 계산한다.

도면에서는 이미지센서(201)로부터 제공되는 초점 값 제어신호(Ctrl)를 입력받아 렌즈 모듈(200)을 구동하기 위한 드라이버(202)를 점선으로 표시하였다. 이는 드라이버(202)를 별도로 구비할 수도 있고, 별도로 구비하지 않을 수도 있기 때문 이다.

한편, 이미지센서(200)는 렌즈 모듈(200)로부터 그 상태 값(State)을 제공받는다.

도 3은 도 2에 기재된 CMOS 이미지센서의 일실시 예에 따른 블럭 구성도를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서는 복수 개의 단위 화소를 구비하고, 이를 통해 외부의 피사체에 대한 광학 영상을 입력받아 각 단위 화소별로 해당 화소의 색상에 대한 전기적 신호를 출력하는 센싱부(300)와, 센싱부(300)로부터 출력되는 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 프로세싱하여 영상 신호를 출력하며, 센싱부(300)를 제어하기 위한 제어부(301)와, 제어부(301)를 통해 제공되는 영상 신호를 입력받아 AFC용 추적 알고리즘을 이용하여 초점 값을 계산하기 위한 AF 알고리즘부(302)와, 초점 값을 이용하여 액추에이터를 제어하기 위한 액추에이터 제어부(303)를 구비하여 구성된다.

한편, 액추에이터는 CMOS 이미지센서를 이용하여 AF 구현시 이미지의 초점 위치를 변환시키기 위해 사용되는 모든 드라이버 칩(IC), 회로 또는 렌즈를 포함한다.

도 4는 도 3의 액추에이터 제어부를 도시한 상세 블럭 구성도이다.

도 4를 참조하면, 액추에이터 제어부(303)는 액추에이터(303) 전체의 동작을 제어하기 위한 주 제어부(400)와, 액추에이터 제어신호를 생성하기 위한 액추에이터 제어신호 생성부(402)와, 액추에이터 제어 후 액추에이터의 제어신호가 안정화 되는 시간을 확보하여 안정적인 이미지 획득을 가능하게 하는 타이밍 제어부(401)를 구비하여 구성된다.

주 제어부(400)는 AF 알고리즘부(302)에서 생성된 제어신호를 액추에이터 제어신호 생성부(402)의 입력신호에 맞도록 변환한 후, 변환된 제어신호를 액추에이터 제어신호 생성부(402)에 제공함으로써, AF 알고리즘부(302)와 액추에이터 제어신호 생성부(402)가 연동하여 동작할 수 있도록 한다.

주 제어부(400)는 AF 알고리즘부(302)에서 출력되는 제어신호를 타이밍 제어부(401)의 입력신호에 맞도록 변환하여 타이밍 제어부(401)에 제공함으로써, AF 알고리즘부(302)와 타이밍 제어부(401)가 연동할 수 있도록 한다.

또한, 주 제어부(400)는 타이밍 제어부(401)와 액추에이터 제어신호 생성부(402)의 동작 상태를 확인하여 AF 알고리즘부(302)에 액추에이터 제어신호의 생성이 완료되었는지를 알려줌으로써, AF 알고리즘부(302)가 안정된 이미지를 가지고 AFC 기능을 할 수 있도록 한다.

아울러, 주 제어부(400)는 액추에이터 모듈에서 발생되는 엑추에이터 동작 상태와 관련된 정보가 입력되는 경우에 이를 이용하여 액추에이터의 초기화 동작이나 제한된 동작 범위를 벗어나지 않도록 하는 기능과, 외부에서 입력되는 액추에이터의 상태 정보를 이용하여 액추에이터의 상태가 안정화되었는지를 확인하는 신호를 발생시켜 AF 알고리즘부(302)가 안정된 이미지 정보를 사용할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

여기서, 액추에이터의 초기화 동작은 액추에이터 모듈 제작시 정해져 있는 초기화 상태로 액추에이터를 제어하는 과정을 나타내며, 동작범위가 제한된다는 것은 액추에이터의 사용 전압, 위치, 주파수, 출력신호의 듀티비(Duty rate), 제어 위상 신호가 제한된다는 것을 나타낸다.

액추에이터 제어신호 생성부(402)는 펄스폭 신호 생성기(PWM(Pulse Width Modulation) Signal Generator)(402a)와, IIC(I2C=Inter IC(Integrated Circuit)) 버스 인터페이스 신호 생성기(402b)와, 스테핑 모터 제어신호 생성기(402c)와, 아날로그 액추에이터 제어기(402d)와, 주파수 제어식 액추에이터 제어기(402e) 등을 포함한다.

아날로그 액추에이터 제어기(402d)는 내장 또는 외장 DAC(Digital to Analog Converter) 구조를 이용하여 전압으로 액추에이터를 제어하는 방식을 이용한다.

주파수 제어식 액추에이터 제어기(402e)는 주파수 생성기를 사용한 주파수 변화를 이용하여 액추에이터를 제어한다.

액추에이터 제어신호 생성부(402)는 전술한 펄스폭 신호 생성기(402a) ∼ 주파수 제어식 액추에이터 제어기(402e) 중 하나 이상을 포함한다.

주 제어부(400)의 제어에 의해 선택된 액추에이터 제어신호 생성부(402)의 특정 제어기를 해당 신호를 출력한다.

액추에이터 제어신호 생성부(402)는 주 제어부(400)에서 입력된 명령을 수행한 뒤에 완료 신호를 주 제어부(400)로 전달하여 주 제어부(400)가 액추에이터 안정화 타이밍을 판단하고 처리할 수 있도록 한다.

타이밍 제어부(401)는 AF 알고리즘부(302)의 명령에 따라서 액추에이터 제어 신호의 출력이 완료되더라도 액추에이터가 AF 알고리즘부(302)의 알고리즘에서 지시된 상태에서 안정화되기 위하여 필요한 추가적인 시간을 맞추기 위한 적절한 자연시간 계산(Delay timing calculation) 및 시간지연 제어(Timing delay control) 기능을 수행한다.

타이밍을 맞추기 위한 시간 지연 값(Delay timing value)은 하기와 같이 다양한 방식으로 계산되거나 선택될 수 있다.

가) 상수 값을 선택하여 사용하는 방식

나) CMOS 이미지센서 내부에 있는 저장장치에 있는 타이밍 테이블에서 매번 선택하여 사용하는 방식

다) CMOS 이미지센서 외부에 있는 저장장치에 있는 타이밍 테이블에서 사용할 값을 매번 선택하여 사용하는 방식

라) 액추에이터 제어 명령 이전의 위치와 이후의 위치에 관련된 연산식에 의하여 계산되는 방식

마) n차 방정식(n은 정수)의 연산을 로직으로 구성해 타이밍 값을 계산하는 방식

바) 로그(log,ln) 연산식을 간략화하여 로직으로 구현해 타이밍 값을 계산하는 방식

사) 가) ∼ 바) 중 하나 이상을 포함하여 사칙 연산을 수행하는 방식

타이밍 제어부(401)는 상기한 바와 같은 타이밍 값 선택 및 계산 방식을 이용하여 타이밍을 제어함으로써, 주 제어부(400)가 AF 알고리즘부(302)에 액추에이 터 안정화 상태에 관련된 제어신호를 보낼 수 있도록 한다.

도 5는 도 4에 도시된 액추에이터 제어부(303)를 통해 액추에이터가 개 루프(Open loop) 제어되어 동작하는 경우를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.

여기서, 액추에이터(503)는 액추에이터 및 그 관련된 회로를 포함하며, 개 루프에서는 액추에이터(503)에서 주 제어부(500)로 입력되는 신호(액추에이터의 상태를 알리는 신호)가 없다.

먼저, AF 알고리즘부로부터 제공되는 액추에이터의 제1목표상태 값(즉, 액추에이터가 최종적으로 구현하여야 할 초점 값)이 'A'와 같이 주 제어부(500)로 입력된다.

주 제어부(500)는 입력된 'A'를 액추에이터 제어신호 생성부(502)에서 처리할 수 있는 입력 값으로 변환된 'B'와 같은 제2목표상태 값(제2목표상태 값은 제1목표상태 값과 동일할 수도 있음)으로 변환한다.

제2목표상태 값을 입력받은 액추에이터 제어신호 생성부(502)는 액추에이터 제어신호를 생성한 후, 액추에이터의 상태를 제2목표상태 값으로 만들기 위한 마지막 신호가 출력되었음을 알리는 제1동작완료 신호(C)를 주 제어부(500)에 제공한다.

주 제어부(500)는 새로운 제1목표상태와 이전의 제1목표상태의 차이를 나타내는 상태 변화량(D)을 타이밍 제어부(501)에 제공하며, 타이밍 제어부(501)는 이 값을 이용하여 타이밍 지연이 필요한 정도를 계산한다.

아울러, 주 제어부(500)는 'C'가 입력됨에 따라 타이밍 제어부(501)를 동작 시키기 위한 신호(E)를 타이밍 제어부(501)에 제공하고, 타이밍 제어부(501)는 'E' 신호에 응답하여 동작한다.

타이밍 제어부(501)는 'E' 신호 입력 후 타이밍 지연을 유지하는 과정이 완료되었음을 알리는 신호 'F'를 주 제어부(500)에 제공한다.

주 제어부(500)는 'C' 신호와 'F' 신호가 발생하여 액추에이터 제어 및 안정화 시간이 확보되었음을 알리는 신호 'G'를 AF 알고리즘부에 제공한다.

도 6은 도 4에 도시된 액추에이터 제어부(303)를 통해 액추에이터가 폐 루프(Close loop) 제어되어 동작하는 경우를 설명하기 위한 블럭 구성도이다.

여기서, 액추에이터(603)는 액추에이터 및 그 관련된 회로를 포함하며, 폐 루프에서는 액추에이터(603)에서 주 제어부(600)로 입력되는 신호(액추에이터의 상태를 알리는 신호)가 있다.

먼저, AF 알고리즘부로부터 제공되는 액추에이터의 제1목표상태 값(즉, 액추에이터가 최종적으로 구현하여야 할 초점 값)이 'H'와 같이 주 제어부(600)로 입력된다.

주 제어부(600)는 입력된 'H'를 액추에이터 제어신호 생성부(602)에서 처리할 수 있는 입력 값으로 변환된 'I'와 같은 제2목표상태 값(제2목표상태 값은 제1목표상태 값과 동일할 수도 있음)으로 변환한다.

제2목표상태 값을 입력받은 액추에이터 제어신호 생성부(602)는 액추에이터 제어신호를 생성한 후, 액추에이터의 상태를 제2목표상태 값으로 만들기 위한 마지막 신호가 출력되었음을 알리는 제1동작완료 신호(J)를 주 제어부(600)에 제공한 다.

액추에이터(603)는 자신의 상태를 나타내는 출력이 있는 경우 이를 주 제어부(600)에 액추에이터 피드백 상태 값 'L'을 제공한다. 'L'은 직접 IC의 포트로 입력될 수도 있지만, IC 내부의 레지스터를 IC 외부에 있는 컨트롤러(Controller)가 입력함으로써 입력될 수도 있다.

주 제어부(600)는, 'J' 신호가 발생한 상태에서 액추에이터 피드백 상태 값(L)이 목표상태 값과 같거나 오차 한계 내에서 같은 경우, 액추에이터 제어 및 안정화 시간이 확보되었음을 알리는 신호 'K'를 AF 알고리즘부에 제공한다.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, CMOS 이미지센서를 사용하는 시스템에서 AFC 알고리즘을 구현하는 경우에 보다 빠르게 동작하고, 보다 안정적으로 동작할 수 있도록 액추에이터 제어 기능을 CMOS 이미지센서가 갖도록 하였다.

AFC를 위한 액추에이터 제어 기능을 갖는 CMOS 이미지센서를 구현함으로써, 종래의 AFC 처리에 필요한 CPU(Central Processing Unit) 동작시간 및 프로세스 처리 능력의 저하와 동작속도 저하의 문제를 해결할 수 있다.

또한, 액추에이터 제어와 AFC 알고리즘 및 CMOS 이미지센서의 제어를 연동시키고 액추에이터의 동작 상태를 안정화시키기 위한 타이밍 제어 방식을 적용함으로써, 안정적인 프레임 이미지를 이용한 AFC 알고리즘의 구현이 가능하게 하여 AFC 알고리즘이 불안정한 프레임 이미지를 가지고 잘못된 판단을 내리는 것을 방지할 수 있음을 실시 예를 통해 알아보았다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 상술한 본 발명에서는 P형 기판에 형성되는 CMOS 이미지센서를 그 예로 하였으나, 이외에도 CCD 등 다른 형태의 이미지센서도 적용이 가능하다.

상술한 본 발명은, 자동초점조절을 위한 시간지연 문제를 해결하고 안정적인 동작을 확보함으로써, 자동초점기능을 갖는 이미지센서의 성능을 크게 향상시키는 효과가 있다.

Claims (24)

1. 복수 개의 단위 화소를 구비하고, 이를 통해 외부의 피사체에 대한 광학 영상을 입력받아 각 단위 화소별로 해당 화소의 색상에 대한 전기적 신호를 출력하는 센싱부;

   상기 센싱부로부터 출력되는 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 프로세싱하여 영상 신호를 출력하며, 상기 센싱부를 제어하기 위한 제어부;

   상기 영상 신호를 입력받아 자동초점조절용 추적 알고리즘을 이용하여 초점 값을 계산하기 위한 자동초점 알고리즘부; 및

   상기 초점 값을 이용하여 액추에이터를 제어하기 위한 액추에이터 제어부

   를 포함하는 CMOS 이미지센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액추에이터 제어부는,

   상기 액추에이터 전체의 동작을 제어하기 위한 주 제어부와,

   상기 액추에이터 제어신호를 생성하기 위한 액추에이터 제어신호 생성부와,

   액추에이터 제어 후 액추에이터의 제어신호가 안정화되는 시간을 확보하기 위해 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미 지센서.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 주 제어부는,

   상기 자동초점 알고리즘부에서 생성된 제어신호를 상기 액추에이터 제어신호 생성부의 입력신호에 맞도록 변환한 후, 변환된 제어신호를 액추에이터 제어신호 생성부에 제공하고,

   상기 자동초점 알고리즘부에서 출력되는 제어신호를 상기 타이밍 제어부의 입력신호에 맞도록 변환하여 상기 타이밍 제어부에 제공하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
4. 제 2 항 또한 제 3 항에 있어서,

   상기 주 제어부는,

   상기 타이밍 제어부와 상기 액추에이터 제어신호 생성부의 동작 상태를 확인하여 상기 자동초점 알고리즘부에 액추에이터 제어신호의 생성이 완료되었는지를 알려주고,

   액추에이터 모듈에서 발생되는 엑추에이터 동작 상태와 관련된 정보가 입력되는 경우에 이를 이용하여 액추에이터의 초기화 동작이나 제한된 동작 범위를 벗 어나지 않도록 하며,

   외부에서 입력되는 액추에이터의 상태 정보를 이용하여 액추에이터의 상태가 안정화되었는지를 확인하는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 액추에이터 제어신호 생성부는,

   펄스폭 신호 생성기, IIC(I2C=Inter IC(Integrated Circuit)) 버스 인터페이스 신호 생성기, 스테핑 모터 제어신호 생성기, 아날로그 액추에이터 제어기 및 주파수 제어식 액추에이터 제어기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 액추에이터 제어신호 생성부는,

   상기 주 제어부가 액추에이터 안정화 타이밍을 판단하고 처리할 수 있도록 하기 위해 상기 주 제어부에서 입력된 명령을 수행한 후, 완료 신호를 상기 주 제어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 타이밍 제어부는,

   상기 자동초점 알고리즘부의 명령에 따라서 상기 액추에이터 제어신호의 출력이 완료되더라도 상기 액추에이터가 자동초점 알고리즘부의 알고리즘에서 지시된 상태에서 안정화되기 위하여 필요한 추가적인 시간을 맞추기 위한 적절한 자연시간 계산 및 시간지연 제어를 하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 타이밍 제어부가 타이밍을 맞추기 위한 시간 지연 값을 계산함에 있어서,

   상수 값을 선택하여 사용, CMOS 이미지센서 내부에 있는 저장장치에 있는 타이밍 테이블에서 매번 선택하여 사용, CMOS 이미지센서 외부에 있는 저장장치에 있는 타이밍 테이블에서 사용할 값을 매번 선택하여 사용, 액추에이터 제어 명령 이전의 위치와 이후의 위치에 관련된 연산식에 의하여 계산, n차 방정식(n은 정수)의 연산을 로직으로 구성해 타이밍 값을 계산 및 로그(log,ln) 연산식을 간략화하여 로직으로 구현해 타이밍 값을 계산으로 이루어진 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 포함하여 사칙 연산을 이용하는 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 액추에이터가 개 루프 제어되며, 상기 액추에이터에서 상기 주 제어부로 자신의 상태를 제공하지 않은 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
10. 제 2 항에 있어서,

    상기 액추에이터는 폐 루프 제어되며, 상기 액추에이터에서 상기 주 제어부로 자신의 상태를 제공하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 액추에이터는 CMOS 이미지센서를 이용하여 AF 구현시 이미지의 초점 위치를 변환시키기 위해 사용되는 모든 드라이버 칩(IC), 회로 또는 렌즈 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
12. 집광을 위한 렌즈와, 상기 렌즈를 구동하기 위한 액추에이터를 구비하여 자동초점조절 동작을 통해 피사체에 따라 알맞은 초점을 얻기 위한 렌즈 모듈; 및

    CMOS 기술에 따라 구현되며, 렌즈 모듈을 통해 피사체로부터 얻어진 광학 영 상을 전기적인 신호로 변환한 다음, 영상 출력을 위한 포맷을 갖춘 이미지 정보로 변환하여 출력하기 위한 CMOS 이미지센서를 구비하며,

    상기 CMOS 이미지센서는 상기 액추에이터를 제어하기 위한 제어기를 내장하고 자신의 출력을 매 프레임 단위로 처리하고, 상기 렌즈 모듈을 구동하기 위한 초점 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 CMOS 이미지센서로부터 제공되는 초점 값 제어신호를 입력받아 상기 렌즈 모듈을 구동하기 위한 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 액추에이터는, CMOS 이미지센서를 이용하여 AF 구현시 이미지의 초점 위치를 변환시키기 위해 사용되는 모든 드라이버 칩(IC), 회로 또는 렌즈 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 CMOS 이미지센서는,

    복수 개의 단위 화소를 구비하고, 이를 통해 외부의 피사체에 대한 광학 영상을 입력받아 각 단위 화소별로 해당 화소의 색상에 대한 전기적 신호를 출력하는 센싱부와,

    상기 센싱부로부터 출력되는 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 프로세싱하여 영상 신호를 출력하며, 상기 센싱부를 제어하기 위한 제어부와,

    상기 영상 신호를 입력받아 자동초점조절용 추적 알고리즘을 이용하여 초점 값을 계산하기 위한 자동초점 알고리즘부와,

    상기 초점 값을 이용하여 액추에이터를 제어하기 위한 액추에이터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 액추에이터 제어부는,

    상기 액추에이터 전체의 동작을 제어하기 위한 주 제어부와,

    상기 액추에이터 제어신호를 생성하기 위한 액추에이터 제어신호 생성부와,

    액추에이터 제어 후 액추에이터의 제어신호가 안정화되는 시간을 확보하기 위해 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 주 제어부는,

    상기 자동초점 알고리즘부에서 생성된 제어신호를 상기 액추에이터 제어신호 생성부의 입력신호에 맞도록 변환한 후, 변환된 제어신호를 액추에이터 제어신호 생성부에 제공하고,

    상기 자동초점 알고리즘부에서 출력되는 제어신호를 상기 타이밍 제어부의 입력신호에 맞도록 변환하여 상기 타이밍 제어부에 제공하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
18. 제 16 항 또한 제 17 항에 있어서,

    상기 주 제어부는,

    상기 타이밍 제어부와 상기 액추에이터 제어신호 생성부의 동작 상태를 확인하여 상기 자동초점 알고리즘부에 액추에이터 제어신호의 생성이 완료되었는지를 알려주고,

    액추에이터 모듈에서 발생되는 엑추에이터 동작 상태와 관련된 정보가 입력되는 경우에 이를 이용하여 액추에이터의 초기화 동작이나 제한된 동작 범위를 벗어나지 않도록 하며,

    외부에서 입력되는 액추에이터의 상태 정보를 이용하여 액추에이터의 상태가 안정화되었는지를 확인하는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 액추에이터 제어신호 생성부는,

    펄스폭 신호 생성기, IIC(I2C=Inter IC(Integrated Circuit)) 버스 인터페이스 신호 생성기, 스테핑 모터 제어신호 생성기, 아날로그 액추에이터 제어기 및 주파수 제어식 액추에이터 제어기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 액추에이터 제어신호 생성부는,

    상기 주 제어부가 액추에이터 안정화 타이밍을 판단하고 처리할 수 있도록 하기 위해 상기 주 제어부에서 입력된 명령을 수행한 후, 완료 신호를 상기 주 제어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
21. 제 16 항에 있어서,

    상기 타이밍 제어부는,

    상기 자동초점 알고리즘부의 명령에 따라서 상기 액추에이터 제어신호의 출력이 완료되더라도 상기 액추에이터가 자동초점 알고리즘부의 알고리즘에서 지시된 상태에서 안정화되기 위하여 필요한 추가적인 시간을 맞추기 위한 적절한 자연시간 계산 및 시간지연 제어를 하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 타이밍 제어부가 타이밍을 맞추기 위한 시간 지연 값을 계산함에 있어서,

    상수 값을 선택하여 사용, CMOS 이미지센서 내부에 있는 저장장치에 있는 타이밍 테이블에서 매번 선택하여 사용, CMOS 이미지센서 외부에 있는 저장장치에 있는 타이밍 테이블에서 사용할 값을 매번 선택하여 사용, 액추에이터 제어 명령 이전의 위치와 이후의 위치에 관련된 연산식에 의하여 계산, n차 방정식(n은 정수)의 연산을 로직으로 구성해 타이밍 값을 계산 및 로그(log,ln) 연산식을 간략화하여 로직으로 구현해 타이밍 값을 계산으로 이루어진 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 포함하여 사칙 연산을 이용하는 수행하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
23. 제 16 항에 있어서,

    상기 액추에이터가 개 루프 제어되며, 상기 액추에이터에서 상기 주 제어부 로 자신의 상태를 제공하지 않은 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
24. 제 16 항에 있어서,

    상기 액추에이터는 폐 루프 제어되며, 상기 액추에이터에서 상기 주 제어부로 자신의 상태를 제공하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.

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