KR20140134529A - 촬상 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

촬상 장치가 개시된다. 촬상 장치는 광을 수신하는 복수의 수광부를 구비하는 이미지 센서, 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출하는 검출부 및 검출부에서 검출된 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 이미지 센서를 리셋시키는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 촬상 장치는 신속하고 정확한 분할 노출을 수행함으로써 암전류에 의해 발생되는 문제점을 최소화할 수 있다.

Description

촬상 장치 및 제어 방법{IMAGING APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 촬상 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분할 노출을 수행하는 촬상 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
촬상 장치는 이미지를 촬상하기 위해 렌즈를 통해 광을 수신한다. 수신된 광은 이미지 센서의 수광부에서 획득되고, 수광부는 획득된 광을 전기적 신호로 변환하여 이미지 신호 처리부로 전송한다.
수광부는 포토 다이오드와 같이 반도체 소자로 구현될 수 있다. 따라서, 수광부가 오랜 시간동안 광을 수신하는 경우 반도체 소자의 특성상 열화가 발생된다. 일반적으로 열화에 의한 암전류(dark current)는 약 6도 상승시마다 2배로 늘어난다. 암전류가 증가할수록 이미지 센서의 다이내믹 레인지의 특성은 떨어지고, 결국 화질에도 영향을 미치게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 다양한 방법이 제안되었다. 예를 들면, 암전류에 의한 열화를 막기 위해 전체 노출 시간을 n번의 노출 시간으로 나누고 측정된 암전류 및 온도 값을 이용하여 분할 노출 시간을 계산하는 방법이 사용된다. 그러나, 상술한 방법은 분할 노출을 위해 각 독립 변수들을 계산해야 한다. 따라서, 독립 변수 편차에 의한 영향이 크고, 정확한 분할 노출 시간 제어가 어려운 단점이 있다. 예를 들어, 노출 시간 이후의 암전류를 측정하는 것이므로 노출 시간에 해당하는 지연 시간 동안 온도 변위에 대한 대응이 어려운 점이 있다. 그리고, 온도 측정을 위한 온도 센서의 측정 편차가 존재하므로 정확한 분할 노출 시간 계산이 어려운 점이 있다.
따라서, 실시간으로 암전류를 측정하고 실시간으로 정확한 분할 노출을 수행할 수 있는 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 본 발명은 실시간으로 암전류를 측정하고, 이에 기초하여 실시간으로 분할 노출을 수행할 수 있는 촬상 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따르면 촬상 장치는 광을 수신하는 복수의 수광부를 구비하는 이미지 센서, 상기 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류(dark current)에 대응되는 암전압(dark voltage)과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출하는 검출부 및 상기 검출부에서 검출된 상기 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 제어부를 포함한다.
그리고, 상기 제어부는 상기 적어도 하나의 수광부가 광을 수신하는 동안 상기 모니터링 전압의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 될 때마다 상기 이미지 센서를 반복적으로 리셋시킬 수 있다.
또한, 상기 검출부는 상기 복수의 수광부 중 제1 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제1 모니터링 전압을 검출하는 제1 검출부 및 상기 복수의 수광부 중 제2 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제2 모니터링 전압을 검출하는 제2 검출부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 모니터링 전압 및 상기 제2 모니터링 전압의 평균 값의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시킬 수 있다.
한편, 상기 임계 전압은 기 설정된 감광 속도에 대응되도록 설정된 전압일 수 있다.
한편, 상기 검출부는 ADC(Analog to Dgital Converter)를 포함하며, 상기 ADC는 상기 모니터링 전압을 대응되는 디지털 값으로 변환하여 출력하며, 상기 제어부는 상기 디지털 값의 크기가 기 설정된 임계 값 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시킬 수 있다.
본 발명의 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따르면, 복수의 수광부를 구비하는 이미지 센서를 포함하는 촬상 장치의 제어 방법은 광을 수신하는 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류(dark current)에 대응되는 암전압(dark voltage)과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출하는 단계 및 상기 검출된 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계는 상기 모니터링 전압의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 될 때마다 상기 이미지 센서를 반복적으로 리셋시킬 수 있다.
또한, 상기 모니터링 전압을 검출하는 단계는 상기 복수의 수광부 중 제1 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제1 모니터링 전압을 검출하고, 상기 복수의 수광부 중 제2 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제2 모니터링 전압을 검출하며, 상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계는 상기 제1 모니터링 전압 및 상기 제2 모니터링 전압의 평균 값의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시킬 수 있다.
한편, 상기 임계 전압은 기 설정된 감광 속도에 대응되도록 설정될 수 있다.
한편, 촬상 장치의 제어 방법은 상기 검출된 모니터링 전압을 대응되는 디지털 값으로 변환하여 출력하는 단계를 더 포함하며, 상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계는 상기 디지털 값의 크기가 기 설정된 임계 값 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 실시간으로 분할 노출을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 암전류에 대해 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감광 속도에 대응한 전하 우물을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모니터링 전압을 검출하는 방법을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 노출을 수행하는 방법을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모니터링 픽셀의 배치를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 장치의 제어 방법의 흐름도.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 촬상 장치(100)는 이미지 센서(110), 검출부(120), 제어부(130)를 포함한다.
촬상 장치(100)는 디지털 카메라, 스마트폰, 캠코더, 디지털 TV, 노트북, 태블릿 PC 등으로 구현될 수 있다.
이미지 센서(110)는 필름 카메라의 필름 역할을 한다. 구체적으로, 렌즈를 통해 수신된 광은 이미지 센서(110)에 도달한다. 이미지 센서(110)는 광을 수신하는 복수의 수광부(미도시)를 구비한다. 일반적으로 수광부는 포토 다이오드(photo diode)로 구현된다. 포토 다이오드는 수신된 광을 감지하여 전기 신호로 변환한다. 감지된 광은 세기와 위치 등에 따라 밝기, 색상, 좌표 등의 디지털 정보로 변환된다. 이미지 센서에는 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor: CMOS)와 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD)가 있다.
검출부(120)는 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류(dark current)에 대응되는 암전압(dark voltage)과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출한다.
암전류란 계속적인 노출에 의해 수광부가 계속 동작함에 따라 반도체 소자로 구현된 수광부가 열화가 됨으로써 발생되는 전류를 의미한다. 암전압은 암전류에 비례하는 전압을 의미한다. 리셋 전압은 리셋 회로와 수광부가 연결된 부분의 전압을 의미한다. 즉, 리셋 전압이란 실제 리셋 신호가 발생되었을 때 전압이 아니라 수광부의 초기 전압과 같은 의미이다. 따라서, 검출부(120)에서 검출되는 최초 모니터링 전압은 리셋 전압의 크기와 동일하다. 그러나, 계속적인 노출에 따라 수광부가 열화가 되면, 수광부에서 암전류가 발생한다. 암전류에 비례하여 암전압이 발생하며, 검출부(120)에서 검출되는 모니터링 전압은 점차 크기가 작아진다.
검출부(120)는 이미지 센서(110) 중 하나의 픽셀에 구현된 수광부로부터 모니터링 전압을 검출할 수 있다. 모니터링 전압이 검출되는 이미지 센서(110)의 픽셀을 모니터링 픽셀이라고 한다. 모니터링 픽셀은 복수로 설정될 수 있다.
만일, 두 개의 모니터링 픽셀이 설정된다면, 제1 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제1 모니터링 전압을 검출하는 제1 검출부(미도시) 및 제2 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제2 모니터링 전압을 검출하는 제2 검출부(미도시)가 구현될 수도 있다. 복수의 모니터링 픽셀이 설정되고, 복수의 검출부가 구현된 경우, 모니터링 전압은 제1 및 제2 모니터링 전압을 평균하여 산출될 수 있다. 모니터링 픽셀은 3개 이상으로 설정될 수 있다.
검출부(120)는 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Dgital Converter: ADC)를 포함할 수 있다. ADC는 모니터링 전압을 대응되는 디지털 값으로 변환하여 출력할 수 있다. 구체적인 예는 후술하기로 한다.
제어부(130)는 검출부(120)에서 검출된 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 이미지 센서를 리셋시킨다. 임계 전압은 수광부에서 수신된 광으로 이미지를 표현할 수 있는 범위를 고려하여 설정될 수 있다.
모니터링 전압을 검출하기 위한 모니터링 픽셀은 하나 또는 두 개와 같이 전체 이미지 센서의 일부이지만, 모니터링 전압이 임계 전압 이하가 되면 전체 이미지 센서를 리셋시킨다. 이미지 센서를 리셋시킨다는 것은 개개의 픽셀에 구현된 수광부(예, 포토 다이오드)를 모두 리셋시키는 것을 의미한다. 이미지 센서가 광에 노출되는 시간이 길어지는 경우(예, 셔터 스피드가 길어지는 경우), 제어부(130)는 상술한 동작을 반복한다. 즉, 모니터링 픽셀의 수광부가 광을 수신하는 동안 검출부(120)는 실시간으로 계속하여 모니터링 전압을 검출한다. 제어부(130)는 모니터링 전압이 임계 전압보다 작아질 때마다 이미지 센서를 반복적으로 리셋시킨다. 이와 같은 과정을 통해, 촬상 장치(100)는 분할 노출을 구현할 수 있다.
모니터링 픽셀이 복수 개로 구현된 경우, 모니터링 전압도 복수 개 존재한다. 제어부(130)는 각각의 모니터링 전압의 평균을 산출하고, 산출된 평균 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면, 이미지 센서를 리셋시킬 수 있다.
지금까지 촬상 장치(100)의 블록도를 바탕으로 분할 노출을 수행하는 과정에 대해서 설명하였다. 아래에서는, 수광부에서 발생되는 암전류와 감도에 대응한 전하 우물에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 암전류에 대해 설명하는 도면이다.
도 2(a)에는 하나의 포토 다이오드의 전하 우물(11)에 대해서 도시되어 있다. 포토 다이오드는 충분한 광자 에너지의 빛이 다이오드로 수신되면 이동 전자와 양(+)의 정공이 생겨서 전자가 활동한다. 에너지를 공급받은 전자는 기저상태에서 전도대로 여기되고 포토 다이오드는 전류가 흐르게 된다. 도 2(a)에서는 빛이 수신되는 것을 입력되는 화살표, 전류가 흐르는 것을 출력되는 화살표로 표시하였다. 전류가 흐르면 저항 성분에 비례하여 전압도 함께 발생한다. 도 2(a)에서는 포토 다이오드가 출력할 수 있는 최대 전압을 3.3V로 가정하였다.
한편, 반도체 소자가 광전도 방식으로 동작할 때는 암전류가 반도체 소자를 흐른다. 암전류는 반도체 접합의 포화 전류에 의하여 생성된 광전류를 포함한다. 이러한, 암전류는 노이즈의 원인이 된다.
도 2(b)에서는 암전류에 의해 발생된 암전압에 대해 설명하고 있다. 도 2(a)에서 설명한 바와 같이 포토 다이오드의 전하 우물(11)은 최대 3.3V의 전압을 출력할 수 있는 것으로 가정하였다. 포토 다이오드에서 발생한 암전류에 의해 암전압(13a)이 0.1V 발생했다면 포토 다이오드의 최대 전압은 3.2V가 된다. 포토 다이오드가 온 되어 있는 상태라면, 암전류는 계속적으로 증가될 수 있다.
도 2(c)에서는 증가된 암전압에 대해 설명하고 있다. 계속적인 암전류로 인해 암전압(13b)은 0.3V 발생하였다. 이 경우, 포토 다이오드에서 출력할 수 있는 최대 전압은 3V가 된다. 이와 같이, 광전도 방식의 반도체 소자에서 발생되는 암전류는 반도체 소자의 성능을 떨어뜨리고, 이미지에 노이즈로서 작용하게 된다.
지금까지 전하 우물을 이용하여 암전류에 대해 설명하였다. 다음에는 전하 우물을 이용하여 감도와의 관계에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감광 속도에 대응한 전하 우물을 설명하는 도면이다.
감광 속도는 촬상 장치(100)가 빛에 감응하는 속도의 비율을 의미한다. 디지털 카메라의 경우 ISO 12232:1998 표준을 따른다. 일반적으로 ISO로 표시하고 선형 스케일을 주로 사용한다. ISO 선형 스케일은 예전의 ASA(American Standard Association) 스케일에 해당하는데, 감광 속도가 2배가 될 때 값도 2배가 된다. 컴팩트 디지털 카메라의 경우 보통 ISO 50-3200 값을 가질 수 있고, DSLR의 경우 보통 ISO 100-6400 값을 가질 수 있다. ISO 값이 클수록 감응하는 속도가 빨라져서 적은 노출을 줄 수 있고, 이는 같은 광량에서 빠른 셔터 속도를 사용하거나 조리개를 조여 심도를 깊게 할 수 있음을 의미한다.
일반적으로 ISO를 높이는 것은 다음과 같은 두 가지 방법을 통해 이루어질 수 있다. 아날로그 증폭기를 사용하여 신호를 증폭시키는 방법과 디지털 값을 증가시키는 방법이다. 예를 들어, 아날로그 증폭기로 신호를 증폭시키는 방법은 아날로그 디지털 변환 회로를 거치기 전에 이루어진다. 디지털 값을 증가시키는 방법은 이진 시프트(binary shift) 연산을 통해 이루어지며 아날로그 디지털 변환 회로에서 얻어진 디지털 값으로 적용된다.
도 3(a)에 따르면 감광 속도를 나타내는 ISO가 100으로 설정된 경우 수광부의 전하 우물을 도시하였다. 일 예로, 수광부의 전하 우물(15)은 광을 수신하여 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 수광부가 광을 수신하여 출력할 수 있는 최대 전압은 1로 가정한다. 여기서 1은 절대적인 전압 값이 아닌 상대적인 값을 의미한다. 즉, ISO 100에서는 이미지를 표현하기 위해서 수광부가 최대 출력할 수 있는 전압 값인 1이 필요하다. 여기서 이미지의 표현이란 밝기, 색상 등의 정보를 의미한다.
도 3(b)에 따르면 ISO가 200으로 설정된 경우 수광부의 전하 우물을 도시하였다. 상술한 바와 같이 촬상 장치(100)가 감광 속도에 대해 선형 스케일을 사용하는 경우, 감광 속도가 2배가 되면 1/2의 광량으로 동일한 밝기의 이미지를 표현할 수 있다. 즉, 촬상 장치(100)는 ISO 200에서 ISO 100에 비해 1/2의 광량으로 이미지 정보를 획득할 수 있으므로, 필요한 출력 전압 값은 도 3(a)에 비해 1/2이 된다.
도 3(c)에 따르면 ISO가 400으로 설정된 경우 수광부의 전하 우물을 도시하였다. 마찬가지로, 감광 속도가 4배가 되면 1/4의 광량으로 동일한 밝기의 이미지를 표현할 수 있으므로 필요한 광량은 1/4가 된다. 따라서, 필요한 출력 전압 값도 광량에 비례하여 1/4가 된다.
촬상 장치(100)는 도 3(a), 3(b), 3(c)에서 설명한 필요한 출력 전압 값을 임계 전압 값으로 설정할 수 있다. 이와 같이, 촬상 장치(100)는 감광 속도에 따른 필요한 출력 전압을 임계 전압으로 설정하고, 모니터링 전압이 임계 전압 이하가 될 때마다 이미지 센서를 리셋시킴으로써 필요한 출력 전압 값을 항상 유지할 수 있다.
상술한 전압 값은 일 실시 예에 불과하며, 실제적으로 이미지 센서(110) 및 이미지 신호처리부(미도시)의 성능, 구현 방법 등에 따라 상대 전압 값은 약간의 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 각 감광 속도에 대응하여 설정된 필요 전압 값은 이미지 처리 또는 소자와 관련된 미소 전압 값을 추가적으로 더하거나 빼서 설정될 수 있다.
도 2에서 설명한 바와 같이 수광부에서 발생된 암전류에 의해 수광부가 출력 가능한 전압의 크기는 줄어든다. 그러나, 감광 속도가 높아져서 필요한 전압 값이 줄어들게 되면, 촬상 장치(100)는 상대적으로 전압 값의 여유 값이 늘어나므로 상대적으로 긴 시간 동안 노출이 가능하다.
지금까지 블록도를 기초로 촬상 장치(100)의 구성을 설명하였고, 수광부의 전하 우물을 기초로 암전류 및 감광 속도와의 관계에 대해서 설명하였다. 아래에서는 촬상 장치(100)가 모니터링 전압을 검출하여 분할 노출을 수행하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모니터링 전압을 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4에 따르면, 모니터링 픽셀과 검출부의 세부 구성에 대해 도시하고 있다. 모니터링 픽셀은 수광부(111)를 구비한다. 수광부(111)는 광을 수신하여 전기적 신호로 변환하여 누적시켰다가 읽기 신호(readout)에 따라 누적된 전기적 신호를 이미지 신호 처리부(미도시)로 전송한다. 예를 들어, 하나의 픽셀에는 하나의 수광부를 포함할 수 있다.
검출부(120)는 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter: ADC)(121)를 더 포함할 수 있다. ADC는 아날로그 값을 디지털 값으로 변환한다. 즉, 전압 값을 비트 수에 따라 일정 구간으로 나누고 나누어진 구간에 대응되는 전압 값을 디지털 값으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전체 전압 값은 3.3V, 비트 수는 12bit라고 가정하면, 디지털 값은 모두 4096 개가 된다. 따라서, 3.3V를 4096으로 나누면 하나의 구간은 약 0.81mV가 된다. 즉, 출력 전압 값이 0.4mV이면 ADC는 0을 출력하고, 출력 전압 값이 1mV이면, ADC는 1을 출력한다. ADC로 출력되는 디지털 값은 코드(code)로 표현할 수 있다. 즉, 출력되는 디지털 값이 1024이면 1024 코드, 1029이면 1029 코드로 표현될 수 있다. 본 발명에서는 편의를 위해 전압 값을 기준으로 설명한다.
수광부(111)가 동작하게 되면 ADC(121)는 최초 리셋 전압 값(Vreset)이 측정된다. 리셋 전압 값은 리셋 회로에 인가되는 전압을 의미하며, 수광부의 전압일 수 있다. 수광부(111)가 계속적인 노출을 통해 광을 수신하면, 수광부(111)에서 암전류가 발생한다. 암전류에 비례하여 암전압(Vt)도 발생한다. 발생된 암전압(Vt)에 의해 ADC(121)에 인가되는 전압은 점차 줄어든다. 즉, ADC(121)에서는 리셋 전압과 암전압과의 차이(Vreset-Vt)에 해당하는 모니터링 전압이 검출된다.
검출된 모니터링 전압이 기 설정된 임계 전압 이하가 되면 제어부(130)에 의해 리셋 스위치(131)로 리셋 신호가 인가된다. 리셋이 이루어지면, 수광부(111)은 초기 상태로 돌아가고, ADC(121)도 초기 리셋 전압이 모니터링 전압으로 검출된다.
이와 같은 과정을 반복함으로써, 촬상 장치(100)는 실시간으로 암전류를 모니터링할 수 있고, 빠르게 분할 노출 과정을 수행할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 회로는 수광부에서 발생되는 암전류에 의한 암전압을 검출하기 위한 것이며, 이미지 정보와 관련된 수광 회로(미도시)는 별도로 존재한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 노출을 수행하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, ATX 신호가 인가된다(17a). ATX 신호는 셔터가 눌려지는 것을 의미한다. 즉, 셔터가 눌리게 됨으로써 이미지 센서(110)의 수광부(111)는 광을 수신하게 된다. ATX가 하이(high)가 되었다가 로우(low)가 되면서 이미지 센서(110)는 계속적으로 광을 수신한다. ATX 신호의 인가와 함께 리셋이 이루어진다(17c). 리셋이 수행되면, 검출부(120)에서 검출되는 모니터링 전압(Vm)은 리셋 전압과 동일한 값이 된다(17d). 상술한 바와 같이, 리셋 전압이란 수광부의 초기 전압과 동일한 전압을 의미한다.
노출이 계속되어 수광부(111)가 광을 수신함에 따라 수광부(111)의 열화에 의한 암전류가 발생하고, 암전류에 비례하여 암전압이 발생한다. 이 경우, 검출부(120)는 리셋 전압과 암전압과의 차이만큼의 모니터링 전압(Vm)을 검출한다(17d). 모니터링 전압(Vm)이 임계 전압(Vth) 이하가 되면, 제어부(130)는 이미지 센서를 리셋시킨다. 여기서, 이미지 센서의 리셋이란 이미지 센서에 구비된 수광부를 리셋시키는 것을 의미하며, 이에 따라, 모니터링 픽셀에 구비된 수광부도 리셋된다(17d). 수광부의 리셋에 의해 수광부는 초기 전압을 유지하게 되고, 검출부(120)에서 검출되는 모니터링 전압은 다시 리셋 전압 값이 검출된다(17d). 한편, 리셋이 이루어지기 전에 수광부에서 광을 수신하여 변환한 전기 신호는 읽기 신호(readout)에 따라 이미지 처리부로 전송된다(17c).
검출부(120)는 이미지 센서(110)의 노출이 계속되는 동안 실시간으로 모니터링 전압(Vm)을 검출한다. 그리고, 모니터링 전압(Vm)이 임계 전압(Vth) 이하가 되면, 제어부(130)가 이미지 센서(110)를 리셋시킨다.
촬상 장치(100)는 노출이 계속되는 동안, 실시간으로 모니터링 전압(Vm)을 검출하여 반복적으로 이미지 센서(110)를 리셋시킨다. 따라서, 촬상 장치(100)는 장기간 노출 동안 분할 노출 과정을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모니터링 픽셀의 배치를 설명하는 도면이다.
도 6에 따르면, 이미지 센서(110)와 복수의 모니터링 픽셀(21a, 21b, 21c, 21d)이 도시되어 있다. 도 6에서는 4개의 모니터링 픽셀(21a, 21b, 21c, 21d)이 도시되어 있다. 그러나, 모니터링 픽셀은 하나의 픽셀로 구현될 수도 있다. 또한, 도 6에서는 이미지 센서(110)의 각 모서리 영역에 모니터링 픽셀을 도시하였으나, 임의의 위치에 모니터링 픽셀이 구현될 수도 있다.
이미지 센서(110)는 복수 개의 픽셀로 구현되며, 각 픽셀은 광을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수광부를 구비하고 있다. 여기서, 모니터링 픽셀은 일반 픽셀과 구조가 동일하지만, 모니터링 픽셀에 구비된 수광부는 모니터링 전압을 검출하기 위한 검출부와 연결된 회로를 구비할 수 있다. 따라서, 모니터링 픽셀에 구비된 수광부는 암전류에 의한 암전압을 검출부로 전송하고 검출부는 리셋 전압과 암전압과 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출한다. 제어부는 검출된 모니터링 전압이 기 설정된 임계 전압 이하가 되면 이미지 센서를 리셋시킨다.
한편, 상술한 바와 같이 모니터링 픽셀이 복수 개로 구현된 경우, 제어부는 각 모니터링 픽셀로부터 검출된 각각의 모니터링 전압의 평균 값의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 이미지 센서를 리셋시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
도 7에 따르면, 촬상 장치는 광을 수신한다(S710). 촬상 장치는 이미지 센서를 구비하고 있다. 이미지 센서의 각 픽셀은 수광부를 포함하며, 수광부는 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다.
촬상 장치는 모니터링 전압을 검출한다(S720). 수광부가 광을 수신하면 열화에 의한 암전류가 발생하고, 암전류에 비례하여 암전압이 발생한다. 모니터링 전압은 초기 전압이라고 할 수 있는 리셋 전압과 발생된 암전압과의 차이를 의미한다.
촬상 장치는 모니터링 전압과 임계 전압을 비교한다(S730). 임계 전압은 감광 속도에 대응하여 설정된 전압을 의미한다. 촬상 장치는 모니터링 전압과 임계 전압을 비교하여 임계 전압보다 크면 계속적으로 모니터링 전압을 검출하고 다시 임계 전압과 비교한다.
촬상 장치는 모니터링 전압 이하가 되면, 이미지 센서를 리셋시킨다(S740). 이미지 센서의 리셋은 이미지 센서에 구비된 모든 수광부를 리셋시키는 것을 의미하며, 모니터링 전압을 검출하기 위한 모니터링 픽셀에 구비된 수광부도 함께 리셋된다.
상술한 실시 예에 따라, 촬상 장치는 실시간으로 모니터링 전압을 검출할 수 있고, 검출된 모니터링 전압과 임계 전압을 비교하여 분할 노출을 수행함으로써 암전류에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 복잡한 계산 과정이나 온도 측정과 같은 과정이 필요없으므로 독립 변수 편차에 의한 영향이 적고, 신속한 분할 노출을 수행할 수 있다.
상술한 다양한 실시 예에 따른 촬상 장치의 제어 방법은 프로그램으로 구현되어 촬상 장치에 제공될 수 있다.
일 예로, 광을 수신하는 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류(dark current)에 대응되는 암전압(dark voltage)과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출하는 단계 및 검출된 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 이미지 센서를 리셋시키는 단계를 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 촬상 장치 110 : 이미지 센서
120 : 검출부 130 : 제어부

Claims (10)

  1. 광을 수신하는 복수의 수광부를 구비하는 이미지 센서;
    상기 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류(dark current)에 대응되는 암전압(dark voltage)과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부에서 검출된 상기 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 제어부;를 포함하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 수광부가 광을 수신하는 동안 상기 모니터링 전압의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 될 때마다 상기 이미지 센서를 반복적으로 리셋시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 복수의 수광부 중 제1 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제1 모니터링 전압을 검출하는 제1 검출부 및 상기 복수의 수광부 중 제2 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제2 모니터링 전압을 검출하는 제2 검출부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 모니터링 전압 및 상기 제2 모니터링 전압의 평균 값의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임계 전압은,
    기 설정된 감광 속도에 대응되도록 설정된 전압인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    ADC(Analog to Dgital Converter)를 포함하며,
    상기 ADC는 상기 모니터링 전압을 대응되는 디지털 값으로 변환하여 출력하며,
    상기 제어부는,
    상기 디지털 값의 크기가 기 설정된 임계 값 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 복수의 수광부를 구비하는 이미지 센서를 포함하는 촬상 장치의 제어 방법에 있어서,
    광을 수신하는 복수의 수광부 중 적어도 하나에서 발생되는 암전류(dark current)에 대응되는 암전압(dark voltage)과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 모니터링 전압을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 모니터링 전압의 크기가 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계;를 포함하는 촬상 장치의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계는,
    상기 모니터링 전압의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 될 때마다 상기 이미지 센서를 반복적으로 리셋시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모니터링 전압을 검출하는 단계는,
    상기 복수의 수광부 중 제1 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제1 모니터링 전압을 검출하고, 상기 복수의 수광부 중 제2 수광부에서 발생되는 암전류에 대응되는 암전압과 기 설정된 리셋 전압의 차이에 해당하는 제2 모니터링 전압을 검출하며,
    상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계는,
    상기 제1 모니터링 전압 및 상기 제2 모니터링 전압의 평균 값의 크기가 상기 임계 전압의 크기 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 임계 전압은,
    기 설정된 감광 속도에 대응되도록 설정된 전압인 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 제어 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 검출된 모니터링 전압을 대응되는 디지털 값으로 변환하여 출력하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 이미지 센서를 리셋시키는 단계는,
    상기 디지털 값의 크기가 기 설정된 임계 값 이하가 되면 상기 이미지 센서를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 제어 방법.
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