KR20190143169A - 이미지 센서, 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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KR20190143169A
KR20190143169A KR1020180070784A KR20180070784A KR20190143169A KR 20190143169 A KR20190143169 A KR 20190143169A KR 1020180070784 A KR1020180070784 A KR 1020180070784A KR 20180070784 A KR20180070784 A KR 20180070784A KR 20190143169 A KR20190143169 A KR 20190143169A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이, 상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 수신하여 영상 데이터를 생성하고, 상기 영상 데이터로부터 프리뷰 영상을 생성하여 외부로 출력하는 로직 회로, 및 상기 영상 데이터로부터 상기 로직 회로가 생성하는 정지 영상들을 저장하는 내부 메모리를 포함하고, 상기 로직 회로는, 외부로부터 수신한 촬영 커맨드에 응답하여, 상기 내부 메모리에 저장된 정지 영상들 중에서 상기 촬영 커맨드의 이벤트 발생 시점에 대응하는 결과 영상을 선택하여 출력한다.

Description

이미지 센서, 및 이를 포함하는 전자 기기{IMAGE SENSOR AND ELECTRONIC APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 출원은 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
이미지 센서는 외부에서 들어오는 빛을 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 센서로서, 사용자의 셔터 동작 등에 의해 생성되는 촬영 커맨드에 응답하여 영상을 생성할 수 있다. 이미지 센서로 촬영하고자 하는 개체의 움직임 등에 따라, 사용자의 셔터 동작이 발생한 시점과, 촬영 커맨드에 응답하여 이미지 센서가 전기 신호를 생성하는 시점이 서로 달라질 수 있다. 최근에는 사용자의 셔터 동작이 발생한 시점과, 이미지 센서가 전기 신호를 생성하는 시점 사이의 시간 차이를 최소화하기 위한 제로 셔터 지연(Zero Shutter Lag) 기술이 다양하게 개발되는 추세이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 이미지 센서 및 이미지 센서와 연결되는 버스(Bus), 프로세서, 메모리 등의 자원과 소모 전력을 효율적으로 운용하며 제로 셔터 지연을 구현할 수 있는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이, 상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 수신하여 영상 데이터를 생성하고, 상기 영상 데이터로부터 프리뷰 영상을 생성하여 외부로 출력하는 로직 회로, 및 상기 영상 데이터로부터 상기 로직 회로가 생성하는 정지 영상들을 저장하는 내부 메모리를 포함하고, 상기 로직 회로는, 외부로부터 수신한 촬영 커맨드에 응답하여, 상기 내부 메모리에 저장된 정지 영상들 중에서 상기 촬영 커맨드의 이벤트 발생 시점에 대응하는 결과 영상을 선택하여 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 기기는, 정지 영상들 및 상기 정지 영상들보다 낮은 해상도의 프리뷰 영상들을 생성하며, 상기 정지 영상들을 내부 메모리에 저장하는 이미지 센서, 촬영 커맨드를 생성하는 입력부, 및 상기 촬영 커맨드에 응답하여, 상기 정지 영상들 중에서 상기 촬영 커맨드가 생성된 이벤트 발생 시점에 대응하는 결과 영상을 디스플레이에 표시하는 프로세서를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 제1 레이어, 상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 수신하여 정지 영상들을 생성하고, 상기 정지 영상들의 해상도를 조절하여 프리뷰 영상들을 생성하는 로직 회로를 포함하며, 상기 제1 레이어의 하부에 배치되는 제2 레이어, 및 상기 정지 영상들을 저장하는 내부 메모리를 포함하며, 상기 제2 레이어의 하부에 배치되는 제3 레이어를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서에서 제로 셔터 지연 기능을 구현함과 동시에, 이미지 센서 및 이미지 센서와 연결된 프로세서, 버스, 메모리 등의 자원을 효율적으로 관리하고, 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기의 소모 전력을 줄일 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3은 일반적인 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 사시도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기(10)는 디스플레이(11), 메모리(12), 입력부(13), 이미지 센서(14) 및 프로세서(15) 등을 포함할 수 있다. 전자 기기(10)는 스마트폰, 태블릿 PC, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 모바일 기기 외에, 텔레비전, 데스크톱 컴퓨터, 모니터 등을 포함할 수 있다. 전자 기기(10)에 포함되는 디스플레이(11), 메모리(12), 입력부(13), 이미지 센서(14) 및 프로세서(15) 등의 구성요소는 버스(16)를 통해 서로 통신을 수행하여 데이터를 전달할 수 있다.
이미지 센서(14)는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 복수의 픽셀들에서 생성되는 전하를 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 로직 회로와 함께, 데이터를 저장할 수 있는 내부 메모리를 포함할 수 있다. 일례로, 내부 메모리는 픽셀 어레이 및 로직 회로와 함께 하나의 패키지로 제공될 수 있다.
이미지 센서(14)를 이용한 카메라 기능이 실행되면, 로직 회로는 복수의 픽셀들로부터 획득한 전기 신호를 이용하여 정지 영상 및 프리뷰 영상을 생성할 수 있다. 일례로, 프리뷰 영상은 카메라 기능이 실행되는 동안 디스플레이(11)를 통해 사용자에게 제공되는 미리보기 화면일 수 있으며, 이미지 센서(14)가 실제로 객체를 촬영하여 생성할 수 있는 정지 영상보다 작은 크기 및/또는 작은 해상도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 제로 셔터 기능을 구현하기 위해 이미지 센서(14)의 내부 메모리, 또는 전자 기기(10)에 탑재된 메모리(12)를 이용할 수 있다. 카메라 기능이 실행되고 프리뷰 영상이 디스플레이(11)를 통해 표시되는 동안, 이미지 센서(14)는 프레임 주파수에 따라 생성한 정지 영상들을 내부 메모리에 저장할 수 있다. 또는, 프로세서(15)가 이미지 센서(14)로부터 정지 영상들을 수신하여 메모리(12)에 저장할 수도 있다.
입력부(13)를 통해 사용자의 셔터 동작이 발생하면, 이미지 센서(14) 또는 프로세서(15)가 셔터 동작의 발생 시점을 계산하여 내부 메모리 또는 메모리(12)에 저장된 정지 영상들 중 적어도 하나를 결과 영상으로 디스플레이(11)에 표시할 수 있다. 결과 영상은 디스플레이(11)에 표시됨과 동시에, 메모리(12)에 저장될 수 있다. 일례로, 사용자의 셔터 동작이 발생한 시점과, 사용자의 셔터 동작에 의해 입력부(13)에서 촬영 커맨드를 생성하고 촬영 커맨드를 이미지 센서(14)가 수신하여 실제로 결과 영상을 생성하는 시점 사이에는 시간 차이가 존재할 수 있다. 상기 시간 차이로 인하여 사용자가 원하는 시점의 정확한 영상을 얻을 수 없는 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 이미지 센서(14)가 촬영 커맨드 수신 여부와 무관하게 정지 영상들을 내부 메모리 또는 메모리(12)에 저장하고, 촬영 커맨드를 수신하면 셔터 동작의 발생 시점을 계산하여 정지 영상들 중 적어도 하나를 결과 영상으로서 디스플레이(11)에 표시하고 메모리(12)에 저장할 수 있다.
도 2 및 도 3은 일반적인 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 2를 참조하면, 전자 기기에서 카메라 기능이 실행되면(S10), 이미지 센서는 프리뷰 모드(preview mode)를 실행하는 한편(S11), 프리뷰 영상(preview image)을 생성할 수 있다. 프리뷰 영상은 디스플레이를 통해 표시될 수 있다(S12). 프리뷰 영상은 이미지 센서가 정지 영상(still image)을 촬영하기 위한 셔터 동작이 사용자에 의해 실행되기 전에, 디스플레이를 통해 제공되는 미리보기 영상을 의미할 수 있다.
이후, 사용자의 셔터 동작 등이 발생하면, 이미지 센서가 상기 셔터 동작에 대응하는 촬영 커맨드를 수신할 수 있다(S13), 이미지 센서는 프리뷰 모드에서 촬영 모드(capture mode)로 전환되며(S14), 객체를 촬영하여 결과 영상을 획득하고(S15), 결과 영상에 영상 처리 프로세스를 적용하는 한편, 디스플레이에서 결과 영상을 표시할 수 있다(S16). 상기 영상 처리 프로세스는, 결과 영상에 대응하는 로우(Raw) 데이터를 소정의 이미지 포맷, 예를 들어 JPG, BMP, PNG 등의 포맷으로 변환하는 과정 등을 포함할 수 있다.
여기서, 프리뷰 영상과 결과 영상은 화면 크기, 및/또는 해상도 가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 정지 영상은 이미지 센서가 지원 가능한 범위 내에 포함되는 최대 크기 및 해상도를 가질 수 있으며, 프리뷰 영상은 이미지 센서가 지원 가능한 최대 크기 및 해상도보다 작은 크기 및 해상도를 가질 수 있다. 일례로, 이미지 센서는, 생성할 수 있는 최대 크기 및 해상도의 영상을 다운 스케일링(Down-Scaling)하여 프리뷰 영상을 생성할 수 있다.
따라서, 카메라 기능이 실행되면 디스플레이를 통해 프리뷰 영상을 표시하며, 촬영 커맨드를 수신하면 이미지 센서가 촬영 모드로 진입하여 결과 영상을 획득할 수 있다. 결과적으로, 사용자가 촬영을 위해 셔터 동작을 실행한 시점과, 이미지 센서가 촬영 커맨드를 수신하여 결과 영상을 획득한 시점 사이에 시간 차이가 존재할 수 밖에 없으며, 촬영 조건에 따라 사용자가 원하는 결과 영상을 획득하지 못 하는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 전자 기기(100)는 디스플레이(110), 메모리(120), 입력부(130), 이미지 센서(140), 및 프로세서(150) 등을 포함할 수 있다. 카메라 기능이 실행되면, 이미지 센서(140)는 프리뷰 영상을 생성하여 프로세서(150)로 전송하며, 프로세서(150)는 디스플레이(110)가 프리뷰 영상을 표시하도록 제어할 수 있다.
입력부(130)는 사용자의 셔터 동작에 대응하는 촬영 커맨드를 생성하여 프로세서(150)로 전달할 수 있다. 프로세서(150)가 촬영 커맨드를 이미지 센서(140)로 전달하면, 이미지 센서(140)는 촬영 커맨드를 수신한 시점에 결과 영상을 생성하여 메모리(120)에 저장하는 한편 디스플레이(110)에 표시할 수 있다. 사용자가 셔터 동작을 실행한 시점으로부터, 입력부(130)가 촬영 커맨드를 생성한 시간, 촬영 커맨드가 프로세서(150)를 거쳐 이미지 센서(140)로 전달되는 시간, 및 이미지 센서(140)가 촬영 커맨드에 응답하여 결과 영상을 생성하는 시간 등이 경과한 후에 결과 영상이 생성될 수 있다. 따라서, 결과 영상이 사용자가 원하는 영상과 다를 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 4를 참조하면, 전자 기기에서 카메라 기능이 실행될 수 있다(S20). 카메라 기능이 실행되면, 이미지 센서는 프리뷰 영상(preview image)을 디스플레이를 통해 표시하고(S21), 이와 병행하여 각 순간의 정지 영상들을 획득하여(S22), 메모리에 저장할 수 있다(S23). 일례로, 이미지 센서는 미리 설정된 프레임 주파수에 따라 정지 영상들을 획득할 수 있으며, 정지 영상들을 저장하는 메모리는 전자 기기의 메인 메모리일 수 있다.
이후, 사용자의 셔터 동작 등이 발생하여 프로세서가 촬영 커맨드를 수신하면(S24), 프로세서는 촬영 커맨드를 수신한 시점, 및 입력부와 프로세서 사이의 데이터 전송 속도 등을 이용하여 셔터 동작이 발생한 이벤트 발생 시점을 계산할 수 있다(S25). 프로세서는, 메모리에 저장된 정지 영상들 중에서 이벤트 발생 시점, 또는 이벤트 발생 시점과 가장 가까운 시점에 이미지 센서가 생성한 정지 영상을 결과 영상으로 획득할 수 있다(S26). 프로세서는 결과 영상을 영상 처리하는 한편, 디스플레이에 표시할 수 있다(S27).
이벤트 발생 시점과 일치하는 시점에 이미지 센서가 생성한 정지 영상이 없을 경우, 프로세서는 이벤트 발생 시점으로부터 소정의 시간 범위 내의 시점들에서 이미지 센서가 생성한 정지 영상들을 메모리에서 모두 인출하여 디스플레이에 표시할 수도 있다. 사용자는 디스플레이에 표시된 정지 영상들 중에서 적어도 하나를 선택할 수 있으며, 프로세서는 사용자가 선택한 정지 영상을 결과 영상으로 메모리에 저장할 수 있다.
도 5는 도 4를 참조하여 설명한 방법에 따른 데이터의 흐름을 설명하기 위해 제공되는 도면이다. 전자 기기(200)는 디스플레이(210), 메모리(220), 입력부(230), 이미지 센서(240), 및 프로세서(250) 등을 포함할 수 있다.
우선, 카메라 기능이 실행됨에 따라 이미지 센서(240)는 프리뷰 영상을 생성하여 프로세서(250)로 전달하며, 프로세서(250)는 디스플레이(210)가 프리뷰 영상을 표시하도록 제어할 수 있다. 동시에, 이미지 센서(240)는 정지 영상들을 생성하여 메모리(220)의 버퍼(221)에 저장할 수 있다. 일례로, 버퍼(221)는 선입선출(First-In-First-Out, FIFO) 방식으로 동작하는 링 버퍼일 수 있다. 즉, 프로세서(250)는 이미지 센서(240)가 전송한 정지 영상들에 의해 버퍼(221)의 저장 공간이 가득 차면, 가장 이전에 저장된 정지 영상을 삭제하고 새로운 정지 영상을 저장할 수 있다.
사용자의 셔터 동작에 반응하여 입력부(230)가 촬영 커맨드를 생성하면, 프로세서(250)는 촬영 커맨드에 응답하여 버퍼(221)에 저장된 정지 영상들 중 적어도 하나를 결과 영상으로 선택하여 가져올 수 있다. 일례로, 프로세서(250)는 촬영 커맨드를 수신한 후, 사용자의 셔터 동작이 발생했을 것으로 추정되는 이벤트 발생 시점을 계산할 수 있다. 프로세서(250)는 이벤트 발생 시점, 또는 이벤트 발생 시점으로부터 가장 가까운 시점에 이미지 센서(240)가 생성하여 버퍼(221)에 저장한 정지 영상을 결과 영상으로 가져와서 디스플레이(210)에 표시하고, 메모리(220)에 저장할 수 있다. 일례로, 결과 영상은 버퍼(221)가 아닌 메모리(220) 내부의 다른 영역에 저장될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은, 이미지 센서를 탑재한 전자 기기에서 카메라 기능이 실행되는 것으로 시작될 수 있다(S30), 카메라 기능이 실행되면 이미지 센서는 디스플레이를 통해 프리뷰 영상(preview image)을 표시하며(S31), 이와 병행하여 각 순간의 정지 영상들을 획득하여(S32) 정지 영상들을 시스템 메모리가 아닌 이미지 센서의 내부 메모리에 저장할 수 있다(S33). 상기 내부 메모리는, 이미지 센서와 하나의 패키지로 제공되는 메모리일 수 있다.
이후, 사용자의 셔터 동작 등이 발생하면, 프로세서는 셔터 동작에 대응하는 촬영 커맨드를 수신하고(S34), 촬영 커맨드로부터 이벤트 발생 시점을 계산할 수 있다(S35). 일례로, 이벤트 발생 시점은 촬영 커맨드를 수신한 시점으로부터 역산하여 계산될 수 있으며, 사용자의 셔터 동작이 발생한 시점에 대응할 수 있다. 프로세서는 이벤트 발생 시점을 이미지 센서로 전달할 수 있으며, 이미지 센서는 내부 메모리에 저장된 정지 영상들 중에서 이벤트 발생 시점에 대응하는 정지 영상을 결과 영상으로 획득할 수 있다(S36). 이미지 센서는 결과 영상을 프로세서로 전달하며, 프로세서는 결과 영상을 디스플레이에 표시할 수 있다(S37). 실시예들에 따라, 결과 영상에 대한 영상 처리 프로세스는 이미지 센서 또는 프로세서에서 실행될 수 있다.
또한 실시예에 따라 앞서 설명한 바와 달리, 이미지 센서가 입력부로부터 촬영 커맨드를 직접 수신할 수도 있다. 즉, 입력부에서 사용자의 셔터 동작에 응답하여 생성한 촬영 커맨드가, 프로세서를 거치지 않고 이미지 센서로 전달될 수 있다. 이미지 센서는 내부 펌웨어 등을 이용하여 촬영 커맨드로부터 이벤트 발생 시점을 계산하고, 이벤트 발생 시점 또는 이벤트 발생 시점으로부터 가장 가까운 시점에 촬영된 정지 영상을 결과 영상으로 선택하여 내부 메모리에서 인출할 수 있다. 이 경우, 촬영 커맨드가 프로세서를 거쳐서 이미지 센서로 전달되지 않으므로, 전자 기기의 내부 자원을 좀 더 효율적으로 운영할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 6을 참조하여 설명한 방법에 따른 데이터의 흐름을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 7을 참조하면, 카메라 기능이 실행된 후 이미지 센서(340)가 프리뷰 영상을 생성할 수 있다. 프리뷰 영상은 프로세서(350)에 의해 디스플레이(310)에서 표시될 수 있다. 또한 이미지 센서(340)는, 정지 영상들을 생성하여 이미지 센서(340)의 내부 메모리(345)에 저장할 수 있다. 정지 영상들은 미리 설정된 프레임 주파수 등에 따라 생성될 수 있으며, 프리뷰 영상은 정지 영상들을 다운 스케일링함으로써 생성될 수 있다. 내부 메모리(345)는 이미지 센서(340)와 하나의 패키지로 제공되는 메모리일 수 있다. 따라서, 프로세서(350)를 통해 메모리(320)에 정지 영상들을 저장하는 경우에 비해, 메모리(320), 이미지 센서(340), 및 프로세서(350)를 연결하는 버스의 자원을 효율적으로 운영할 수 있다.
카메라 기능이 실행된 상태에서 사용자의 셔터 동작이 감지되면, 입력부(330)는 촬영 커맨드를 생성하여 출력할 수 있다. 프로세서(350)는 입력부(330)가 출력하는 촬영 커맨드를 수신하며, 촬영 커맨드의 수신 시점 및 프로세서(350)와 입력부(330)를 연결하는 시스템 버스의 데이터 전송 속도 등을 고려하여, 사용자가 셔터 동작을 실행한 시점으로 추정되는 이벤트 발생 시점을 계산할 수 있다. 프로세서(350)는 이벤트 발생 시점을 이미지 센서(340)로 전달하며, 이미지 센서(340)는 이벤트 발생 시점에 대응하거나, 또는 이벤트 발생 시점으로부터 가장 가까운 시점에 대응하는 정지 영상을 결과 영상으로서 내부 메모리(345)에서 인출할 수 있다. 이미지 센서(340)는 결과 영상을 출력하며, 프로세서(350)는 결과 영상을 디스플레이(310)에 표시하는 한편, 메모리(320)에 저장할 수 있다.
다음으로 도 8을 참조하면, 카메라 기능이 실행된 후 이미지 센서(440)가 프리뷰 영상을 생성하며, 프리뷰 영상은 프로세서(450)에 의해 디스플레이(410)에 표시될 수 있다. 또한 이미지 센서(440)는, 미리 설정된 프레임 주파수 등에 따라 정지 영상들을 생성하여 내부 메모리(445)에 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 프리뷰 영상은 정지 영상들을 다운 스케일링함으로써 생성될 수 있다. 내부 메모리(445)는 이미지 센서(440)와 하나의 패키지로 제공되는 메모리일 수 있다. 따라서, 프로세서(450)를 통해 메모리(420)에 정지 영상들을 저장하는 경우에 비해, 메모리(420), 이미지 센서(440), 및 프로세서(450)를 연결하는 버스와 연결선(interconnection)의 자원을 효율적으로 운영할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(440)가 24 메가 픽셀의 센서 어레이를 갖고 30fps의 프레임 주파수로 동작하며, 하나의 픽셀이 10bit의 이미지 데이터로 표현되는 경우를 가정하면, 1초에 버스와 프로세서(450)를 통해 메모리(420)로 전달되는 단위 시간당 데이터량은 7.2 Gbps일 수 있다. 반면 도 8에 도시한 일 실시예에 따르면, 정지 영상들이 이미지 센서(440)의 내부 메모리(445)에 저장되고 버스, 프로세서(450)를 통해 메모리(420)에 저장되지 않으므로, 데이터 전송량을 줄일 수 있다. 촬영 커맨드를 이미지 센서(440)가 수신하고, 결과 영상을 내부 메모리(445)에서 선택하여 디스플레이(410)로 전달하는 동작에서만 버스 및 프로세서(450)를 통한 데이터 전송이 실행되므로, 데이터 전송량을 줄여 한정적인 자원인 버스를 효과적으로 관리하고, 전자 기기(400)의 소모 전력을 낮출 수 있다. 상기 설명한 예시는, 도 7을 참조하여 설명한 일 실시예에도 유사하게 적용될 수 있을 것이다.
도 8에 도시한 일 실시예에서는, 사용자의 셔터 동작을 감지하여 입력부(430)가 생성한 촬영 커맨드가, 프로세서(450)를 거치지 않고 이미지 센서(440)로 바로 입력될 수 있다. 이미지 센서(440)는 SPI, I2C 인터페이스 등을 통해 입력부(430)로부터 촬영 커맨드를 수신할 수 있다. 이미지 센서(440)에 탑재된 펌웨어 등은 촬영 커맨드의 수신 시점에 기초하여, 사용자의 셔터 동작이 실제로 발생했을 것으로 추정되는 이벤트 발생 시점을 계산할 수 있다. 이미지 센서(440)는 내부 메모리(445)에 저장된 정지 영상들 중에서 이벤트 발생 시점에 대응하거나 이벤트 발생 시점과 가장 가까운 시점에 대응하는 정지 영상을 결과 영상으로 선택하여 프로세서(450)에 전달할 수 있다. 프로세서(450)는 결과 영상을 메모리(420)에 저장하는 한편, 디스플레이(410)에 표시할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
먼저 도 9를 참조하면, 전자 기기(500)는 이미지 센서(510), 프로세서(520), 디스플레이(530), 및 메모리(540) 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서(510)는 픽셀 어레이(511), 아날로그-프론트-엔드 모듈(512), 이미지 처리 모듈(513), 및 출력 인터페이스(514) 등을 포함할 수 있다. 전자 기기(500)에서 카메라 기능이 실행되면, 아날로그-프론트-엔드 모듈(512)은 픽셀 어레이(511)로부터 픽셀 신호를 획득한 후, 이를 디지털 신호로 변환하여 이미지 처리 모듈(513)에 전달할 수 있다. 아날로그-프론트-엔드 모듈(512)은, 픽셀 신호를 획득하기 위한 샘플링 회로, 및 픽셀 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 등을 포함할 수 있다.
이미지 처리 모듈(513)은 디지털 신호를 이용하여 영상을 생성하며, 이를 출력 인터페이스(514)를 통해 출력할 수 있다. 일례로, 이미지 처리 모듈(513)은 픽셀 어레이(511)에 포함되는 픽셀들로부터 제공되는 최대 해상도를 갖는 정지 영상, 및 정지 영상을 다운 스케일링하여 생성한 프리뷰 영상을 생성할 수 있다. 출력 인터페이스(514)는 MIPI 인터페이스 등을 통해 프로세서(520)의 입력 인터페이스(521)와 연결되며, 정지 영상 및 프리뷰 영상을 프로세서(520)에 전달할 수 있다.
프로세서(520)는 입력 인터페이스(521), 코어(522), 디스플레이 인터페이스(523) 및 메모리 인터페이스(524) 등을 포함할 수 있다. 코어(522)는 다양한 연산 기능을 수행할 수 있는 구성 요소일 수 있다. 코어(522)는 입력 인터페이스(521)를 통해 수신한 프리뷰 영상을, 디스플레이 인터페이스(523)를 통해 디스플레이(530)로 출력할 수 있다. 디스플레이(530)는 프리뷰 영상을 표시할 수 있다.
한편, 코어(522)는 이미지 센서(510)로부터 수신한 정지 영상들을 메모리 인터페이스(524)를 통해 메모리(520)에 저장할 수 있다. 이미지 센서(510)는 소정의 프레임 주파수에 따라 복수의 정지 영상들을 생성할 수 있으며, 코어(522)는 정지 영상들을 메모리(520)에 저장할 수 있다.
사용자의 셔터 동작 등에 의해 촬영 커맨드가 생성되면, 코어(522)는 촬영 커맨드의 수신 시점이 아닌, 셔터 동작의 발생 시점에 대응하는 이벤트 발생 시점을 계산할 수 있다. 일례로, 셔터 동작의 발생 시점은 촬영 커맨드의 수신 시점보다 이른 시점일 수 있다. 코어(522)는 이벤트 발생 시점에 대응하는 정지 영상을 메모리(540)에서 결과 영상으로 선택하여 인출하며, 결과 영상을 디스플레이(530)에 표시할 수 있다. 또한 결과 영상은 메모리(540)에 다른 정지 영상들과 별도의 영역에 저장될 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하면, 전자 기기(600)는 이미지 센서(610), 프로세서(620), 디스플레이(630), 및 메모리(640) 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서(610)는 픽셀 어레이(611), 아날로그-프론트-엔드 모듈(612), 이미지 처리 모듈(613), 출력 인터페이스(614), 및 내부 메모리(615) 등을 포함할 수 있다. 카메라 기능이 실행되면, 아날로그-프론트-엔드 모듈(612)은 픽셀 어레이(611)로부터 픽셀 신호를 획득한 후, 이를 디지털 신호로 변환하여 이미지 처리 모듈(613)에 전달할 수 있다. 이미지 처리 모듈(613)은 디지털 신호를 이용하여 영상을 생성할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이미지 처리 모듈(613)은 픽셀 어레이(611)에 포함되는 픽셀들로 제공 가능한 최대 해상도에 대응하는 정지 영상들을 소정의 프레임 주파수에 따라 생성할 수 있다. 또한, 이미지 처리 모듈(613)은 정지 영상들을 다운 스케일링하여 프리뷰 영상을 생성할 수 있다. 이미지 처리 모듈(613)은 출력 인터페이스(614)를 통해 프리뷰 영상을 프로세서(620)로 출력하는 한편, 정지 영상들을 내부 메모리(615)에 저장할 수 있다. 따라서, 도 9에 도시한 일 실시예와 비교하여, 이미지 센서(610)와 프로세서(620) 사이의 연결선과 버스에 의해 정지 영상들이 전송되고, 프로세서(620)와 메모리(640) 사이의 연결선과 버스를 통해 정지 영상들이 메모리(640)에 저장되는 동작이 생략될 수 있다. 결과적으로, 연결선과 버스를 통한 데이터 전송량을 줄임으로써, 한정된 자원을 효과적으로 관리하고 소모 전력을 낮출 수 있다.
프로세서(620)는 입력 인터페이스(621)를 통해 수신한 프리뷰 영상을 디스플레이(630)에 표시할 수 있다. 사용자의 셔터 동작이 감지되면, 프로세서(620)는 이미지 센서(610)의 내부 메모리(615)에 저장된 정지 영상들 중 적어도 하나를 결과 영상으로 선택하여 메모리(640)에 저장하고 디스플레이(630)에 표시할 수 있다. 도 9를 참조하여 설명한 일 실시예와 유사하게, 결과 영상은 사용자의 셔터 동작이 발생한 시점에 이미지 센서(610)가 생성한 정지 영상일 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 사시도들이다.
먼저 도 11를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(700)는 제1 레이어(710), 제1 레이어(710)의 하부에 마련되는 제2 레이어(720) 및 제2 레이어(720)의 하부에 마련되는 제3 레이어(730) 등을 포함할 수 있다. 제1 레이어(710)와 제2 레이어(720) 및 제3 레이어(730)는 서로 수직 방향에서 적층될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 레이어(710)와 제2 레이어(720)는 웨이퍼 레벨에서 서로 적층되고, 제3 레이어(730)는 칩 레벨에서 제2 레이어(720)의 하부에 부착될 수 있다. 제1 내지 제3 레이어들(710-730)은 하나의 반도체 패키지로 제공될 수 있다.
제1 레이어(710)는 복수의 픽셀들(PX)이 마련되는 센싱 영역(SA)과, 센싱 영역(SA) 주변에 마련되는 제1 패드 영역(PA1)을 포함할 수 있다. 제1 패드 영역(PA1)에는 복수의 상부 패드들(PAD)이 포함되며, 복수의 상부 패드들(PAD)은 비아(VIA) 등을 통해 제2 레이어(720)의 제2 패드 영역(PA2)에 마련된 패드들 및 로직 회로(LC)와 연결될 수 있다.
복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛을 받아들여 전하를 생성하는 광전 소자와, 광전 소자가 생성한 전하를 전기 신호로 변환하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 광전 소자는 유기 포토 다이오드 또는 반도체 포토 다이오드 등을 포함할 수 있으며, 일 실시예에서 복수의 반도체 포토 다이오드들이 복수의 픽셀들(PX) 각각에 포함될 수 있다. 픽셀 회로는 광전 소자가 생성한 전하를 전기 신호로 변환하기 위한 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
제2 레이어(720)는 로직 회로(LC)에 형성되는 복수의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 로직 회로(LC)에 포함되는 복수의 회로 소자들은, 제1 레이어(710)에 마련된 픽셀 회로를 구동하기 위한 회로들, 예를 들어 로우 드라이버, 칼럼 드라이버, 및 타이밍 컨트롤러 등을 제공할 수 있다. 로직 회로(LC)에 포함되는 복수의 회로 소자들은 제1 및 제2 패드 영역들(PA1, PA2)을 통해 픽셀 회로와 연결될 수 있다.
제2 레이어(720)의 하부에 마련되는 제3 레이어(730)는 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC), 및 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC)을 밀봉하는 보호층(EN)을 포함할 수 있다. 메모리 칩(MC)은 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 또는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)일 수 있으며, 더미 칩(DC)은 데이터를 실제로 저장하는 기능은 갖지 않을 수 있다. 메모리 칩(MC)은 범프에 의해 제2 레이어(720)의 로직 회로(LC)에 포함된 회로 소자들 중 적어도 일부와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서 상기 범프는 마이크로 범프일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는, 로직 회로(LC)가 생성한 정지 영상들이 제3 레이어(730)의 메모리 칩(MC)에 저장될 수 있다. 따라서, 프리뷰 영상에 비해 상대적으로 큰 해상도 및 용량을 갖는 정지 영상들이 프레임 주파수에 따라 생성되어 이미지 센서(700)의 외부로 전송되지 않을 수 있다. 결과적으로, 정지 영상들이 이미지 센서(700) 내부의 로직 회로(LC)와 메모리 칩(MC) 사이의 연결선을 통해서 메모리 칩(MC)에 저장되므로, 이미지 센서(700)를 포함하는 전자 기기 내부의 한정된 자원을 효율적으로 운영함과 동시에, 소모 전력을 낮출 수 있다.
다음으로 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(800)는 제1 레이어(810)와 제2 레이어(820)를 포함할 수 있다. 제1 레이어(810)는 복수의 픽셀들(PX)이 마련되는 센싱 영역(SA)과, 복수의 픽셀들(PX)을 구동하기 위한 회로 소자들이 마련되는 로직 회로 영역(LC), 및 센싱 영역(SA)과 로직 회로 영역(LC)의 주변에 마련되는 제1 패드 영역(PA1)을 포함할 수 있다. 제1 패드 영역(PA1)에는 복수의 상부 패드들(PAD)이 포함되며, 복수의 상부 패드들(PAD)은 비아(VIA) 등을 통해 제2 레이어(820)에 마련된 메모리 칩(MC)과 연결될 수 있다. 제2 레이어(820)는 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC), 및 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC)을 밀봉하는 보호층(EN)을 포함할 수 있다.
도 12에 도시한 일 실시예에서, 카메라 기능이 실행된 후 로직 회로(LC)는 소정의 프레임 주파수마다 정지 영상들을 생성하여 메모리 칩(MC)에 저장할 수 있다. 또한, 로직 회로(LC)는 정지 영상들의 해상도 및/또는 크기를 줄인 프리뷰 영상을 생성하여 출력할 수 있다. 상대적으로 적은 데이터 전송량을 차지하는 프리뷰 영상만을 이미지 센서(800)의 외부로 출력하고, 정지 영상들은 내부의 메모리 칩(MC)에 저장함으로써, 데이터 전송량을 줄일 수 있다. 한편, 촬영 커맨드를 수신하면, 이미지 센서(800)는 촬영 모드로 진입하여 별도의 정지 영상을 생성하는 과정 없이, 촬영 커맨드를 생성시킨 사용자의 셔터 동작이 발생한 시점에 대응하는 정지 영상을, 메모리 칩(MC)에서 선택하여 결과 영상으로서 출력할 수 있다. 따라서, 제로 셔터 지연 기능을 구현할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10, 100, 200, 300, 400, 500, 600: 전자 기기
11, 110, 210, 310, 410, 530, 630: 디스플레이
12, 120, 220, 320, 420, 540, 640: 메모리
13, 130, 230, 330, 430: 입력부
14, 140, 240, 340, 440, 510, 610: 이미지 센서
15, 150, 250, 350, 450, 520, 620: 프로세서
16: 버스

Claims (10)

  1. 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이;
    상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 수신하여 영상 데이터를 생성하고, 상기 영상 데이터로부터 프리뷰 영상을 생성하여 외부로 출력하는 로직 회로; 및
    상기 영상 데이터로부터 상기 로직 회로가 생성하는 정지 영상들을 저장하는 내부 메모리; 를 포함하고,
    상기 로직 회로는, 외부로부터 수신한 촬영 커맨드에 응답하여, 상기 내부 메모리에 저장된 정지 영상들 중에서 상기 촬영 커맨드의 이벤트 발생 시점에 대응하는 결과 영상을 선택하여 출력하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리뷰 영상은, 상기 정지 영상보다 작은 해상도를 갖는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로직 회로는, 상기 영상 데이터로부터 상기 정지 영상들을 생성하며, 상기 정지 영상들을 다운 스케일링하여 상기 프리뷰 영상을 생성하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로직 회로는, 상기 촬영 커맨드를 수신하고, 상기 프리뷰 영상 및 상기 결과 영상을 송신하는 인터페이스 회로를 포함하며,
    상기 인터페이스 회로는, 외부의 입력부로부터 상기 촬영 커맨드를 직접 수신하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 메모리는 상기 정지 영상들을 저장하는 버퍼; 를 포함하는 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 로직 회로는, 상기 버퍼의 저장 공간이 가득 차면, 상기 정지 영상들 중에서 가장 먼저 저장된 정지 영상을 삭제하고 새로운 정지 영상을 저장하는 이미지 센서.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 로직 회로는, 상기 버퍼의 저장 공간이 가득 차면, 상기 정지 영상들 중에서 가장 먼저 저장된 정지 영상을 삭제하고 새로운 정지 영상을 저장하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이, 상기 로직 회로, 및 상기 내부 메모리는 하나의 반도체 패키지에 포함되며, 상기 내부 메모리는 상기 픽셀 어레이와 상기 로직 회로의 하부에 배치되는 이미지 센서.
  9. 정지 영상들 및 상기 정지 영상들보다 낮은 해상도의 프리뷰 영상들을 생성하며, 상기 정지 영상들을 내부 메모리에 저장하는 이미지 센서;
    촬영 커맨드를 생성하는 입력부; 및
    상기 촬영 커맨드에 응답하여, 상기 정지 영상들 중에서 상기 촬영 커맨드가 생성된 이벤트 발생 시점에 대응하는 결과 영상을 디스플레이에 표시하는 프로세서; 를 포함하는 전자 기기.
  10. 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이를 포함하는 제1 레이어;
    상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 수신하여 정지 영상들을 생성하고, 상기 정지 영상들의 해상도를 조절하여 프리뷰 영상들을 생성하는 로직 회로를 포함하며, 상기 제1 레이어의 하부에 배치되는 제2 레이어; 및
    상기 정지 영상들을 저장하는 내부 메모리를 포함하며, 상기 제2 레이어의 하부에 배치되는 제3 레이어; 를 포함하는 이미지 센서.

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