KR101240080B1 - 초점 검출 장치 및 그것을 갖는 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

촬상 화소와 위상차 초점 검출 방식을 사용한 초점 검출 화소를 갖는 초점 검출 장치는 고정밀도의 초점 검출을 구현한다. 초점 검출 장치에서, 그 각각이 입사하는 광속을 신호 전하로 변환하는 광전 변환 유닛와, 광전 변환 유닛의 근방에 초점 위치를 갖는 마이크로 렌즈를 갖는 복수의 화소가 배치된다. 복수의 화소는 촬영 화상을 생성하기 위한 복수의 촬상 화소와, 위상차 초점 검출 방식에 의한 초점 검출을 위한 화상 신호를 생성하기 위한 복수의 초점 검출 화소를 포함한다. 초점 검출 화소에 동공 분할 기능을 부여하기 위한 개구가 광전 변환 유닛으로부터 신호 전하를 판독하기 위해서 배치된 전극을 사용해서 형성된다.

Description

초점 검출 장치 및 그것을 갖는 촬상 장치{FOCUS DETECTION DEVICE AND IMAGING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 초점 검출 장치에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는, 촬상 화소와 위상차 초점 검출 방식을 이용하는 초점 검출 화소를 갖는 초점 검출 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 이러한 초점 검출 장치를 갖는 촬상 장치에 관한 것이다.
종래에는, 전용 AF 센서를 사용하지 않고, 화상 센서에 위상차 초점 검출 기능을 부여함으로써, 위상차 초점 검출 AF(Auto Focus)(위상차 AF)를 구현하는 기술이 알려져 있었다.
예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제2001-305415호에서는, 화상 센서의 일부 화소가 동공(pupil) 분할 기능을 부여받음으로써 초점 검출 화소로서 형성된다. 동공 분할 기능은 화소의 수광부를 2개로 분할함으로써 제공된다. 2개의 수광부로부터의 출력은 위상차 초점 검출 신호로서 사용되고, 이들의 합이 화소 신호로서 사용된다.
일본 특허 공개 공보 제2000-156823호 또는 제2008-134389호에서는, 개구가 마이크로 렌즈의 광축의 중심에서 분산되도록, 마이크로 렌즈와 광전 변환 유닛 사이의 차광층에 직사각형 개구를 형성함으로써 동공 분할 기능이 화상 센서의 일부 화소에 부여된다. 동공 분할 기능을 갖는 이러한 화소는 초점 검출 화소로서 소정의 간격으로 배치되어 위상차 초점 검출 AF를 수행한다. 초점 검출 화소가 배치된 부분의 화상 신호는 주변 화소로부터의 화상 신호로부터 생성된다.
그러나, 일본 특허 공개 공보 제2001-305415호에 개시된 기술에 따르면, 동공 분할 기능을 부여받을 화소의 수광부가 2개 영역으로 분할되고, 분할된 영역의 광전 변환된 신호가 독립적으로 판독될 수 있도록, 화상 센서가 구성될 필요가 있다. 이는 화상 센서의 구조를 복잡하게 하며, 이는 화소 피치의 감소에 불리하다. 분할된 영역의 사이의 영역은 불감대(blind zone)가 되어, 화상 센서의 감도가 저하될 수 있다.
일본 특허 공개 공보 제2000-156823호 및 제2008-134389호에 개시된 기술에 따르면, 동공 분할을 위한 차광층이 설치될 필요가 있다. 하지만, 동공 분할 전용 차광층을 설치하는 것은 화상 센서의 구조를 복잡하게 한다. 특히 최근에는, CMOS 화상 센서(상보성 금속 산화물 반도체를 사용한 고상 화상 센서)가 널리 보급되었다. CMOS 화상 센서는 마이크로 렌즈와 광전 변환 유닛 사이에 3층 정도의 전극층(배선층)을 필요로 한다. CMOS 화상 센서에 일본 특허 공개 공보 제2000-156823호 또는 제2008-134389호에 개시된 기술이 적용되면, 차광층이 배선층에 부가된다. 마이크로 렌즈와 광전 변환 유닛 사이의 거리가 증가하여 수광 효율을 감소시킨다. 통상적으로, 마이크로 렌즈의 초점 위치는 광전 변환 유닛의 표면 근방에 설정된다. 동공 분할을 위한 차광층이 마이크로 렌즈의 바로 아래에 배치되면, 원하는 동공 분할 성능이 얻어질 수 없고, 초점 검출 정밀도가 감소될 수 있다.
본 발명은 이러한 종래의 단점들을 극복하기 위해 이루어진 것이며, 촬상 화소와 위상차 초점 검출 방식을 사용하는 초점 검출 화소를 갖는 초점 검출 장치에서 고정밀도의 초점 검출을 구현한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 입사하는 광속을 신호 전하로 변환하기 위한 광전 변환 유닛과, 상기 광전 변환 유닛의 근방에 초점 위치를 갖는 마이크로 렌즈를 갖는 각 화소가 복수로 배치된 초점 검출 장치로서, 복수의 화소의 광전 변환 유닛에 의해 변환된 신호 전하를 판독하는 데 사용되는 전극군을 포함하고, 상기 복수의 화소는, 촬영 화상(shot image)을 생성하기 위한 복수의 촬상 화소와, 위상차 초점 검출 방식에 의한 초점 검출을 위한 화상 신호를 생성하기 위한 복수의 초점 검출 화소를 포함하고, 상기 촬상 화소에 대해, 상기 전극군은, 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 광전 변환 유닛에 입사하는 광속을 차단하지 않도록 배치되고, 상기 초점 검출 화소에 대해, 상기 전극군은, 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 광전 변환 유닛에 입사하는 광속 중, 미리 정해진 동공 분할 방향으로의 광속을 제한하기 위한 개구를 형성하도록, 상기 광전 변환 유닛과 상기 마이크로 렌즈 사이에 배치되는, 초점 검출 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 초점 렌즈를 갖는 촬영 광학계; 본 발명에 따른 초점 검출 장치; 상기 초점 검출 장치의 연산 수단에 의해 연산된 초점 어긋남량에 따라, 상기 초점 렌즈를 구동하기 위한 구동 수단; 및 상기 초점 검출 장치의 촬상 화소로부터 판독된 신호 전하에 기초하여 화상을 생성하기 위한 화상 처리 수단을 포함하는, 촬상 장치가 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들의 후술하는 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초점 검출 장치가 적용될 수 있는 촬상 장치의 일례로서의 디지털 카메라의 구성의 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 카메라에 있어서 위상차 초점 검출 방식에 의한 초점 검출을 수행할 때의 동공 분할의 개념을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초점 검출 장치를 형성하는 화상 센서에 있어서 초점 검출 화소의 배치의 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 촬영 광학계로부터 바라보았을 때의 도 3에 도시한 하나의 블록의 확대 평면도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에 따른 화상 센서에 있어서 촬상 화소의 구조를 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소(수평 방향 위상차 초점 검출용)의 구조를 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도7a 및 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소(수직 위상차 초점 검출용)의 구조를 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 실시예에 따른 화상 센서의 촬상 화소의 동공 투영을 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 실시예에 따른 화상 센서의 촬영 광학계의 수평 방향(X 방향)의 위상차 초점 검출용 화소(초점 검출 화소)의 동공 투영을 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 실시예에 따른 화상 센서의 촬영 광학계의 수직 방향(Y 방향)의 위상차 초점 검출용 화소(초점 검출 화소)의 동공 투영을 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 11a 내지 11c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소 SHA 및 SHB와 촬상 화소의 동공 첨예도를 각각 설명하기 위한 평면도 및 그래프이다.
도 12a 내지 12c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소 SVC 및 SVD와 촬상 화소의 동공 첨예도를 각각 설명하기 위한 평면도 및 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 카메라에 있어서, 초점 검출시에 취득한 화상과 초점 검출 영역의 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 14는 본 실시예에 따른 디지털 카메라의 전체 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 도 14의 S131의 초점 검출 처리의 상세한 사항을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16은 도 14의 S161의 촬영 처리의 상세한 사항을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 17은 제2 실시예에 따른 초점 검출 장치를 형성하는 화상 센서 중 단위 블록에 포함되는 8×8=64 화소를 촬영 광학계로부터 본 확대 평면도이다.
도 18a 및 18b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소(수평 위상차 초점 검출용)의 구조를 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 19a 및 19b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소(수직 위상차 초점 검출용)의 구조를 각각 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 20a 내지 20c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소 SHA 및 SHB와 촬상 화소의 동공 첨예도를 각각 설명하기 위한 평면도 및 그래프이다.
도 21a 내지 21c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 센서의 초점 검출 화소 SVC 및 SVD와 촬상 화소의 동공 첨예도를 각각 설명하기 위한 평면도 및 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면에 따라 상세하게 설명할 것이다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초점 검출 장치가 적용될 수 있는 촬상 장치의 일례로서의 디지털 카메라의 구성의 예를 도시하는 도면이다.
제1 렌즈군(101)은 촬영 광학계(결상 광학계)의 제1 스테이지에 배치되고, 광축을 따라 이동 가능하게 유지된다. 셔터(102)는 정지 화상 촬영시의 노광 시간을 제어하기 위한 셔터로서 기능하고, 또한 개구 직경을 조절함으로써 촬영시의 광량 조절을 위한 조리개로서 기능한다. 셔터(102)의 후방(화상 센서측)에 배치된 제2 렌즈군(103)은, 셔터(102)와 함께 광축을 따라 이동할 수 있고, 제1 렌즈군(101)과 함께 줌 기능을 제공한다.
제3 렌즈군(105)은 초점 렌즈이며, 광축을 따라 이동할 수 있다. 광학 로우 패스 필터(106)는, 화상 센서(107)의 전방에 배치되고, 촬영 화상에 발생되는 폴스 컬러(false color) 및 모아레(moire)를 감소시킨다. 초점 검출 장치를 형성하는 화상 센서(107)는 CMOS 화상 센서와 그 주변 회로를 포함한다. 제1 실시예에 있어서, 화상 센서(107)는, m×n 수광 소자가 횡방향 및 종방향으로 2차원으로 배치되고 그 위에 베이어(Bayer) 배열의 온-칩(on-chip) 원색 모자이크 필터가 형성되는 2차원 1CCD 컬러 화상 센서이다. 컬러 필터는 수광 소자에 입사하는 투과광의 파장을 각 화소에 대해 제한한다.
줌 액추에이터(111)는 줌 구동 회로(129)의 제어 하에서, 캠 실린더(도시 생략)를 피벗(pivot)하여 제1 렌즈군(101) 및／또는 제3 렌즈군(105)을 광축에 따라 구동한다. 셔터 액추에이터(112)는, 셔터 구동 회로(128)의 제어 하에, 소정의 개구 직경에서 소정의 개폐 타이밍으로 셔터(102)를 구동한다.
초점 액추에이터(114)는 초점 구동 회로(126)의 제어 하에, 제3 렌즈군(105)을 광축에 따라 구동시킨다.
전자 플래시(115)는, 바람직하게는 크세논 관을 사용한 플래시 조명 장치이지만, 연속 발광 LED를 갖는 조명 장치일 수도 있다. AF 보조광 출력 유닛(116)은, 소정의 개구 패턴의 마스크 화상을 필드에 투영하고, 어두운 곳에서의 촬영시나 낮은 콘트라스트의 객체에 대한 초점 검출을 지원한다.
CPU(121)은, 디지털 카메라 전체 동작을 제어하고, 연산 유닛, ROM, RAM, A/D 컨버터, D/A 컨버터, 통신 인터페이스 회로 등(도시 생략)을 포함한다. CPU(121)는, ROM에 저장된 프로그램을 실행하고, 각종 회로를 제어함으로써, AF, AE, 화상 처리 및 기록과 같은 디지털 카메라 기능을 제공한다.
전자 플래시 제어 회로(122)는, 촬영 동작시에 전자 플래시(115)의 온 동작을 제어한다. 보조광 구동 제어 회로(123)는, 초점 검출 동작시에 AF 보조광 출력 유닛(116)의 온 동작을 제어한다. 화상 센서 구동 회로(124)는 화상 센서(107)의 동작을 제어한다. 또한, 화상 센서 구동 회로(124)는 화상 센서(107)로부터 판독한 화상 신호를 A/D 변환해서 CPU(121)에 출력한다. 화상 처리 회로(125)는, 화상 신호에 대하여 γ변환, 컬러 보간 및 JPEG 부호화와 같은 화상 처리를 적용한다.
초점 구동 회로(126)는, 초점 검출 결과에 기초하여 초점 액추에이터(114)를 구동하고, 제3 렌즈군(105)을 광축에 따라 이동시켜 초점을 제어한다. 셔터 구동 회로(128)는, 셔터 액추에이터(112)를 구동해서 셔터(102)의 개구 직경 및 개폐 타이밍을 제어한다. 줌 구동 회로(129)는, 예를 들어, 조작 스위치(132) 중의 줌 조작 스위치를 누름으로써 사용자에 의해 지정되는 줌 조작에 따라 줌 액추에이터(111)를 구동한다.
디스플레이(131)는 예를 들어, LCD이며, 디지털 카메라의 촬영 모드에 대한 정보, 촬영 전의 프리뷰 화상, 촬영 후의 확인 화상, 초점 검출시의 초점 맞음 정보 등을 표시한다. 조작 스위치(132)는, 전원 스위치, 릴리즈(촬영 트리거) 스위치, 줌 조작 스위치, 촬영 모드 선택 스위치를 포함한다. 기록 매체(133)는 예를 들어, 착탈가능한 반도체 메모리 카드이며, 촬영 화상을 기록한다.
도 2는, 본 실시예에 따른 디지털 카메라에 있어서 위상차 초점 검출 방식에 의한 초점 검출을 수행할 때의 동공 분할의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 이하의 설명에서, 동공은 제1 동공 분할 방향의 역할을 하는 수평 방향과, 제1 동공 분할 방향에 직교하는 제2 동공 분할 방향의 역할을 하는 수직 방향으로 분할된다.
화상 센서(107)의 일부 화소는 위상차 초점 검출을 위한 동공 분할 기능을 부여받는다. EPHA 및 EPHB는 수평 방향(X 방향)의 위상차 초점 검출을 위한 동공 영역이다. EPVC 및 EPVD는 수직 방향(Y 방향)의 위상차 초점 검출을 위한 동공 영역이다. 이들 4개의 동공 영역은, 초점 검출 화소의 동공 분할 개구를 온-칩 마이크로 렌즈를 통해 촬영 광학계의 사출 동공 TL에 투영시킴으로써 형성된다.
도 3은, 본 실시예에 따른 초점 검출 장치를 형성하는 화상 센서(107)에 있어서 초점 검출 화소의 배치의 예를 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 실시예의 화상 센서(107)는, 복수의 화소를 2차원으로 배열함으로써 형성된다. 화상 센서(107)는 2×2=4 화소 중, 대각선으로 G(녹색) 분광 감도를 갖는 화소가 배치되고, 나머지 2개 화소로서 R(적색) 분광 감도를 갖는 화소와 B(청색) 분광 감도를 갖는 화소가 배열되는 베이어 배열을 채용한다.
하나의 블록은 8×8=64 화소를 포함한다. 동공을 수평으로 분할하기 위한 한 쌍의 초점 검출 화소 SHA 및 SHB와, 동공을 수직으로 분할하기 위한 초점 검출 화소 SVC 및 SVD가 각 블록에 배치된다. 본 실시예에 있어서, 각 블록에 있어서의 초점 검출 화소의 배치는 공통이다. 블록은 화상 센서(107)의 화소 영역에 반복해서 규칙적으로 배치된다.
초점 검출 화소로부터의 출력 신호를 사용하는 방법에 대해서 설명한다. 도 3에서, AFLNH1 내지 AFLNH3은, 수평 위상차를 검출하기 위한 초점 검출 라인이다. 각 라인에 대한 초점 검출 화소 SHA로부터의 출력 신호로 이루어지는 제1 화상 신호와, 동일한 라인에 대해 초점 검출 화소 SHB로부터의 출력 신호로 이루어지는 제2 화상 신호 사이의 위상차를 연산함으로써, 화상의 초점 어긋남량이 연산된다.
마찬가지로, AFLNV1 내지 AFLNV3은, 수직 위상차를 검출하기 위한 초점 검출 라인이다. 각 라인에 대한 초점 검출 화소 SVC로부터의 출력 신호로 이루어지는 제3 화상 신호와, 동일한 라인에 대하여 초점 검출 화소 SVD로부터의 출력 신호로 이루어지는 제4 화상 신호 사이의 위상차를 연산함으로써, 화상의 초점 어긋남량이 연산된다.
도 4 내지 도 7b는 화상 센서(107)에 있어서의, 촬상 화소와 초점 검출 화소의 구조의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 하나의 블록을 촬영 광학계로부터 바라본 확대 평면도이다.
도 4에서, 흑색의 직사각형으로 나타내어지는 광전 변환 유닛(152)은 화소의 최하층에 설치되고, 모든 화소에서 거의 정사각 형상을 갖는다. 후술하는 바와 같이, 전체 광전 변환 유닛(152)이 노출되는 화소(150)가 촬상 화소이다. 광전 변환 유닛(152)이 부분적으로 노출되는 화소 SHA, SHB, SVC 및 SVD는 초점 검출 화소이다. 광전 변환 유닛(152)으로부터의 출력은, 제1 및 제2 전극군(154, 155)을 통해 판독된다. 제1 및 제2 전극군(154, 155)은, 도 4의 중첩된 섹션으로 도시된 영역에 제공된 스루홀(도시 생략)을 통해 서로 전기적으로 접속된다. 도 4에는 나타내지 않았지만, 제2 전극군(155)의 밑에서부터 순서대로 제3 전극군, 컬러 필터, 마이크로 렌즈 등이 형성된다.
광전 변환 유닛(152) 위(광 입사측)에 배치된 제1 전극군(154)은, Y 방향(도 4의 상측)으로 연장한다. 제1 전극군(154)은, X 방향(도 4의 우측)으로 규칙적으로 배치된 선형 전극(154a)과, 각 화소 내에 배치된 섬 형상의 전극(154b)을 포함한다. 각각의 섬 형상의 전극(154b)은, 그 하층(즉, 광전 변환 유닛(152)과 동일한 면 내)에 있는 전하 축적 유닛 및 스위칭 장치 뿐만 아니라 그 상층의 제2 전극군(155)에 스루홀(도시 생략)을 통해 전기적으로 접속된다는 것에 유의해야 한다. 이것은 섬 형상의 전극(154b)이 중계 전극으로서 기능한다는 것을 의미한다. 따라서, 이하의 설명에서, 선형 전극(154a)을 "신호 전달용 주 전극군"이라 하고, 섬 형상 전극(154b)을 "중계 전극군"이라 한다. 제1 전극군(154) 위에 배치된 제2 전극군(155)은, X 방향으로 연장한다. 제2 전극군(155)은 Y 방향으로 규칙적으로 배치된 선형 전극(155a)을 포함한다. 광전 변환 유닛(152)에서 생성된 신호 전하는, 플로팅 확산(floating diffusion)(도시 생략), 제1 전극군(154) 및 제2 전극군(155)을 통해 후단의 회로에 출력된다.
제1 실시예에 따르면, 제1 및 제2 전극군(154, 155)은, 촬상 화소에 대해, 광전 변환 유닛(152)에 입사하는 광속을 차단하지 않도록 최소의 폭으로 형성된다. 초점 검출 화소 SHA, SHB, SVC 및 SVD에서, 전극의 선 폭은 부분적으로 확장되어 동공 분할 기능을 부여하기 위한 슬릿을 형성한다. 제1 및 제2 전극군(154, 155)을 사용하여 슬릿을 형성하는 구성에 대해 도 6 및 이후 도면을 참조하여 후에 상세하게 설명한다.
도 5a 및 5b는 제1 실시예에 따른 화상 센서(107)에 있어서의 촬상 화소의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 5a는, 도 4에 있어서의 4개의 화소, 즉 초점 검출 화소 SHA 및 SHB와 2개의 촬상 화소(150)의 평면도이다. 도 5b는, 도 5a의 A-A 라인에 따른 하나의 촬상 화소(150)의 단면도이다.
도 5b를 참조하여, 촬상 화소(150)의 구조에 대해 설명한다.
광전 변환 유닛(152)은, 실리콘 기판(151)에 매립된다. 투명 폴리실리콘 전극(153)은, 광전 변환 유닛(152)과 실리콘 기판(151)의 상면에 형성된다. 다층 구조를 갖는 제1 전극군(154), 제2 전극군(155) 및 제3 전극군(156)은, 투명 폴리실리콘 전극(153) 위에 형성된다. 제3 전극군(156)은 화소들 사이의 경계에 배치되고, # 형상을 갖는다(도 5a에서 도시 생략). 3층의 제1 내지 제3 전극군(154 내지 156)은 알루미늄 또는 구리 금속막을 에칭함으로써 각각 형성된다. 제1 내지 제3 전극군(154 내지 156)은, SiO2 등으로 이루어지는 투명한 층간 절연막(157)에 의해 서로 절연된다. 패시베이션막(158)은 제3 전극군(156)의 상부를 덮는다. 참조 부호 159는 제1 평탄화층을 나타내고, 160은 도 5b에서는 녹색(G) 필터인 컬러 필터를 나타내고, 161은 제2 평탄화층을 나타내고, 162는 온-칩 마이크로 렌즈(또한, 간단히 마이크로 렌즈라고도 함)를 나타낸다.
촬상 화소(150)에 요구되는 제1 기능은, 촬영 광학계를 통과한 입사 광속을 효율적으로 광전 변환 유닛(152)에 유도하는 것이다. 촬상 화소(150)에 요구되는 제2 기능은, 촬영 광학계가 교환되거나, 줌 조작이나 초점 조절 동작에서 광학 특성이 변화해도, 광속 전달 효율 감소를 방지하는 것이다. 이들 기능을 달성하기 위해서, 통상적으로, 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치가 광전 변환 유닛(152)의 상면 근방에 위치되도록 마이크로 렌즈(162)의 형상이 설정된다. 마이크로 렌즈(162)에 입사한 광속이 제1 및 제2 전극군(154, 155)에 의해 차폐되지 않도록, 제1 및 제2 전극군(154, 155)의 폭은 최소화된다.
도 6a 및 6b는, 제1 실시예에 따른 화상 센서(107)에 있어서의 초점 검출 화소(수평 위상차 초점 검출용)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는, 도 5a와 동일한 4개 화소의 평면도이다. 도 6b는 도 6a에 있어서의 A-A 라인에 따른 초점 검출 화소 SHA 및 SHB의 단면도이다.
도 5a 및 5b에 나타낸 촬상 화소(150)의 구조와, 초점 검출 화소 SHA 및 SHB의 구조는 화소 내의 제1 및 제2 전극군(154, 155)의 형상에서 상이하다. 더욱 구체적으로, 초점 검출 화소 SHA 및 SHB에서는, 제1 및 제2 전극군(154, 155)의 폭이 제어되어 슬릿을 형성한다. 이러한 방식으로, 제1 실시예에서는, 제1 및 제2 전극군(154, 155)을 차광막으로서 사용해서 화소에 동공 분할 기능을 부여함으로써 초점 검출 화소를 형성한다.
촬영 광학계의 사출 동공면 상에서의 동공 분할이 촬상 화소 내의 마이크로 렌즈와 차광 부재에 의해 형성된 개구에 의해 구현되는 경우, 각 부재의 작은 사이즈에 의해 유발되는 광의 회절이나, 마이크로 렌즈의 구면 수차에 의해, 동공 결상의 첨예도(동공 분할 특성)가 쉽게 감소된다. 한 쌍의 동공 영역이 서로 겹치거나, 촬영 광학계에 의해 가려지면, 위상차 초점 검출 방식의 초점 검출 정밀도가 감소된다. 따라서, 동공 분할 방향에 있어서, 특히 한 쌍의 동공을 분명하게 분할하고, 촬영 광학계에 의해 유발되는 가려짐을 최소화하는 것이 바람직하다.
도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이, 마이크로 렌즈(162)는 그 초점 위치를 광전 변환 유닛(152)의 최상면 근방에 위치시키도록 설정된다. 바람직한 동공 분할 특성을 얻기 위해서, 동공 분할 방향의 광속을 제한하기 위한 차광 부재가 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치에 근방에 배치될 필요가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, CMOS 화상 센서는, 마이크로 렌즈와 광전 변환 유닛 사이에 복수의 전극층을 필요로 한다. 전용의 차광층을 추가적으로 설치되면, 이는 화상 센서의 구조를 복잡하게 하고, 마이크로 렌즈와 광전 변환 유닛 사이의 거리를 증가시키고, 촬상 화소의 수광 효율을 감소시킨다.
따라서, 제1 실시예는, 원래 CMOS 화상 센서에 포함된 전극군을 차광막으로서 이용하다. 제1 실시예는 화상 센서 구조의 복잡화를 방지하고 마이크로 렌즈와 광전 변환 유닛(152) 사이의 거리의 증가를 억제하면서, 바람직한 동공 분할 특성을 구현한다. 도 6a는, 도 5a와 마찬가지로, 제3 전극군(156) 및 그 상층의 구조를 도시하지 않는다.
도 6a를 참조하면, 제1 및 제2 전극군(154, 155)의 라인 폭은, 촬상 화소(150)에서 최소화된다. 반대로, 초점 검출 화소 SHA 및 SHB에 있어서는, 제1 전극군(154)의 라인 폭이, 광전 변환 유닛(152)의 중심을 향해서 부분적으로 확장된다. 유사하게, 제2 전극군(155)의 폭은 광전 변환 유닛(152)의 중심을 향해서 부분적으로 확장된다. 2층의 전극군은 한 쌍의 슬릿 OPHA 및 OPHB를 형성한다.
각 슬릿을 한정하는 4개의 변 중에서 동공 분할 방향과 평행한 수평 방향(X 방향)으로 광속을 제한하는 2개의 변(더 긴 변)은 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치 근방에 위치된 제1 전극군(154)에 의해 한정된다. 동공 분할 방향에 수직인 방향(Y 방향)으로 광속을 제한하는 2개 변(더 짧은 변)은 제1 전극군(154)보다 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치에서 더 멀리 위치된 제2 전극군(155)에 의해 한정된다. 이러한 방식으로, 동공 분할 방향의 광속은 다층 구조를 갖는 전극군 중, 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치 근방에 배치된 전극군에 의해 한정됨으로써, 위상차 초점 검출 방향의 동공 첨예도를 증가시킨다. 한 쌍의 슬릿은 대응하는 마이크로 렌즈의 광축으로부터 반대 방향으로 소정량만큼 중심에서 분산된다. 그 결과, 한 쌍의 동공이 촬영 광학계에 소정의 간격으로 투영되고, 화소에 위상차 초점 검출을 위한 동공 분할 기능을 부여한다.
다층 구조를 갖는 전극군 중, 다른 층의 전극군을 사용해서 개구가 형성되는 경우, 동공 분할 방향에 평행한 방향의 광속을 제한하기 위한 변을 한정하는 전극군은, 다층 구조를 갖는 전극군 중, 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치로부터 가장 먼 층의 전극군 이외의 전극군이 되는 것을 충족한다. 동공 분할 방향에 수직하는 방향의 광속을 제한하기 위한 변을 한정하는 전극군은, 다층 구조를 갖는 전극군 중, 동공 분할 방향에 평행한 방향의 광속을 제한하기 위한 변을 한정하는 전극군보다 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치로부터 더 먼 층의 전극군이 되는 것을 충족한다.
제1 실시예에 있어서, 3층의 전극군(154 내지 156) 중, 제1 전극군(154)은 마이크로 렌즈(162)로부터 가장 멀다. 이러한 구조는 높은 동공 첨예도를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 구조는 마이크로 렌즈(162)의 광축과 전극 패턴 사이의 배열 오차에 의해 발생하는 동공 중심축의 각도 어긋남을 감소시킬 수 있다.
도 7a 및 7b는, 제1 실시예에 따른 화상 센서(107)에 있어서의 초점 검출 화소(수직 위상차 초점 검출용)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는, 도 4에 있어서의 4개의 화소, 즉, 초점 검출 화소 SVC 및 SVD와 2개의 촬상 화소(150)의 확대 평면도이다. 도 7b는, 도 7a에 있어서의 초점 검출 화소 SVC 및 SVD의 A-A 라인에 따른 단면도이다. 도 7b에 나타낸 단면 구조는 도 5b 및 도 6b에서 나타낸 구조와 실질적으로 동일하며, 그 설명을 반복하지 않는다.
도 7a를 참조하여, 수직 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소의 동공 분할 슬릿의 구조를 설명한다.
수직 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소 SVC 및 SVD에서, 도 6a 및 6b에 나타낸 수평 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소 SHA 및 SHB와, 제1 및 제2 전극군(154, 155)이 동일한 방향을 향한다. 그러나, 동공 분할 방향은 90°만큼 상이하다. 그로 인해, 동공 분할 슬릿을 형성하기 위한 전극의 형상은 이하와 같이 변한다.
동공 분할 방향, 즉, Y 방향의 광속을 제한하는 부재는, 제1 전극군(154) 중, Y 방향으로 향하는 신호 전달용 주 전극군(154a)(도 4 참조)이 아니라, 화소들 사이의 경계에 배치된 섬 형상의 중계 전극군(154b)이다. 도 7a의 평면도에 나타낸 바와 같이, 중계 전극군(154b)의 폭은 광전 변환 유닛(152)의 중심을 향해서 확장하여 광전 변환 유닛(152)의 상부를 덮는다. 동공 분할 방향에 수직하는 방향, 즉 X 방향의 광속을 제한하는 부재는, Y 방향으로 향하는 제2 전극군(155)의 일부의 폭을 확장시킴으로써 형성된다. 하지만, 이러한 부재의 형상은 수평 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소에 있어서의 Y 방향의 광속을 제한하는 부재의 형상과는 상이하다. 도 7a 및 7b에 나타낸 바와 같이, 1개의 전극으로부터 확장된 쌍으로 된 부분(155c)이 슬릿의 Y 방향의 2개 변을 한정한다. 광전 변환 유닛(152)을 통해 서로 대향하는 전극(155d)의 형상은 변경되지 않고 유지된다. 확장부 쌍(155c)은 광전 변환 유닛(152)을 통해 서로 대향하는 한 쌍의 전극으로부터 형성될 수도 있다.
이러한 구조에 의해, 동공 분할 슬릿 OPVC 및 OPVD가 형성된다. 쌍으로 된 슬릿 OPVC 및 OPVD의 형상은, 도 6a에 나타낸 슬릿 OPHA 및 OPHB를 Z축 둘레로 90°만큼 회전시킴으로써 얻어진 것과 실질적으로 동일하다.
도 8a 내지 도 10b를 참조하여, 촬영 광학계와 각 화소 사이의 동공 투영 관계에 대해서 설명한다.
도 8a 및 8b는 촬상 화소의 동공 투영을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 및 8b는 도 5a 및 5b와 같은 촬상 화소를 각각 나타내는 평면도 및 단면도이다. 단면도는 화소 내부 구조의 주요부만을 간략하게 나타낸다.
도 8b에 나타낸 바와 같이, 광전 변환 유닛(152)의 상면은 마이크로 렌즈(162)를 통해서 촬영 광학계의 동공면에 투영된다. 상술한 바와 같이, 촬상 화소는 촬영 광학계의 전체 사출 동공 TL을 통과한 광속을 효율적으로 수광하도록 구성된다. 광전 변환 유닛(152)이 투영된 동공 EPNRM는 촬영 광학계의 사출 동공 TL을 거의 덮는 형상을 갖는다.
도 9a 및 9b는, 촬영 광학계의 수평 방향(X 방향)의 위상차 초점 검출용 화소(초점 검출 화소)의 동공 투영을 설명하기 위한 도면이다. 도 9a 및 9b는 도 6a 및 6b에 대응한다.
도 9a의 A-A 라인에 따른 단면도인 도 9b에 나타낸 바와 같이, 화소 SHA의 슬릿 OPHA는, 마이크로 렌즈(162)를 통해 촬영 광학계의 사출 동공 TL에 동공 EPHA로서 투영된다. 마찬가지로, 화소 SHB의 슬릿 OPHB는 동공 EPHB로서 투영된다. 즉, 촬영 광학계의 사출 동공 TL은 한 쌍의 초점 검출 동공 EPHA 및 EPHB로 분할된다. 화소 SHA는 분할된 동공 EPHA를 통과한 광속을 수광하고, 화소 SHB는 동공 EPHB를 통과한 광속을 수광한다.
화소 SHA 및 SHB는 도3에 나타낸 바와 같이, 수평 방향으로 규칙적으로 배치된다. 복수의 화소 SHA로부터의 출력을 연결함으로써 생성된 제1 화상 신호와, 복수의 화소 SHB로부터의 출력을 연결함으로써 생성된 제2 화상 신호 사이의 화상 어긋남량 즉, 위상차를 검출함으로써, 객체 화상의 초점 어긋남량이 검출될 수 있다.
도 10a 및 10b는, 촬영 광학계의 수직 방향(Y 방향)의 위상차 초점 검출 화소의 동공 투영을 설명하기 위한 도면이다. 도 10a 및 10b는 도 7a 및 7b에 대응한다.
도 9b와 마찬가지로, 도 10b에 있어서, 화소 SVC의 슬릿 OPVC는, 마이크로 렌즈(162)를 통해 촬영 광학계의 사출 동공 TL 상에 동공 EPVC로서 투영된다. 마찬가지로, 화소 SVD의 슬릿 OPVD는 동공 EPVD로서 투영된다. 즉, 촬영 광학계의 사출 동공 TL은 한 쌍의 초점 검출 동공 EPVC 및 EPVD로 분할된다. 화소 SVC는 분할된 동공 EPVC를 통과한 광속을 수광하고, 화소 SVD는 분할된 동공 EPVD를 통과한 광속을 수광한다.
화소 SVC 및 SVD는 도 3에 나타낸 바와 같이 수직 방향으로 규칙적으로 배치된다. 복수의 화소 SVC로부터의 출력을 연결함으로써 생성된 제3 화상 신호와, 복수의 화소 SVD로부터의 출력을 연결함으로써 생성된 제4 화상 신호 사이의 화상 어긋남량 즉, 위상차를 검출함으로써 객체 화상의 초점 어긋남량이 검출될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c 및 도 12a 내지 도 12c는, 사출 동공 TL에 투영된 화소 동공의 첨예도를 설명하기 위한 도면이다. 도 11a 내지 도 11c는 초점 검출 화소 SHA 및 SHB와 촬상 화소의 동공 첨예도를 설명하기 위한 도면이다. 도 11a는 촬영 광학계의 사출 동공면을 화상 센서에서 바라본 평면도이다. 상술한 바와 같이, TL은 촬영 광학계의 사출 동공이다. EPNRM는 촬상 화소에 대응하는 동공 형상을 나타낸다. EPHA 및 EPHB는 초점 검출 화소 SHA 및 SHB에 대응하는 동공 형상을 나타낸다.
화소 내에서의 광의 회절이나 마이크로 렌즈의 수차 때문에, 투영된 동공의 첨예도가 감소된다. 도 11a에 나타낸 동공 화상은 이상적인 첨예 화상이 아니며, 소정의 흐려짐을 갖는다.
도 11b는 도 11a에 나타낸 평면도에서, 광축을 통과하는 수평 방향(x축 방향)의 단면에 있어서의 각 동공의 첨예도를 설명하기 위한 그래프이다. 횡축은 촬영 광학계의 동공면에 있어서의 수평 좌표를 나타내고, 종축은 각 동공에 있어서의 광속의 투과율을 나타낸다. 도 11b는 각 화소에 있어서의 광의 수광 효율의 각도 의존성을 나타낸다. 편의상, 이러한 그래프를 "동공 강도 분포"라 칭한다. 도 11b에서, INTNRM -H, INTHA -H, INTHB -H는 촬상 화소, 초점 검출 화소 SHA 및 SHB의, 수평 단면에 있어서의 동공 강도 분포를 나타낸다. 각 동공 강도 분포에 있어서, 최대값의 1/2의 강도에 있어서의 폭은 동공 강도 분포의 폭 W로서 규정된다. 마찬가지로 1/2의 강도에 있어서의 기울기 각 θ는 동공 강도 분포의 첨예도라 정의한다. 도 11b에 나타낸 바와 같이, 폭 W 및 첨예도 θ는 첨자에 의해 구별된다.
도 11c는, 도 11b와 마찬가지로, 도 11a에 나타낸 평면도에 있어서, 광축을 통과하는 수직 방향(y축 방향)의 단면에 있어서의, 각 동공의 첨예도를 설명하기 위한 그래프이다. INTNRM -V, INTHA -V, INTHB -V는 촬상 화소, 초점 검출 화소 SHA 및 SHB의, 수직 단면에 있어서의 동공 강도 분포를 나타낸다. 도 11c에 나타낸 바와 같이, 각 화소에 있어서의 동공 강도 분포의 폭 W와 첨예도 θ는 도시한 바와 같이 첨자에 의해 구별된다.
도 11b 및 11c에 있어서의 각 동공 강도 분포의 특징에 대해서 설명한다. 촬상 화소에 있어서 도 5a에 나타낸 바와 같이, 광전 변환 유닛(152)은 제1 전극군(154)이나 제2 전극군(155) 모두에 의해 덮이지 않고, 전체 광전 변환 유닛(152)이 노출된다. 이러한 이유로, 촬상 화소의 동공 강도 분포가 넓고, 수평의 폭 WNRM -H 및 수직의 폭 WNRM -V는 서로 거의 동등하다. 광전 변환 유닛(152)의 주변에서 광전 변환 효율이 점차 감소하기 때문에, 동공 강도 분포의 첨예도 θNRM -H 및 θNRM -V는 낮고, 동공 강도 분포는 점진적인 바닥을 그린다.
초점 검출 화소에 있어서는, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 수평의 동공 강도 분포의 폭 WHA -H 및 WHB -H는 작고, 첨예도 θHA -H 및 θHB -H는 높다. 반대로, 도 11c에 나타낸 바와 같이, 수직의 동공 강도 분포의 폭 WHA -V 및 WHB -V는 크고, 첨예도 θHA -V 및 θHB -V는 낮다.
즉, 초점 검출 화소에 있어서, 동공 분할 방향의 각 동공의 동공 강도 분포는 높은 첨예도를 갖고, 한 쌍의 동공은 분명하게 분리된다. 동공 분할 방향에 수직하는 방향에는, 광범위한 광속이 수광되어 초점 검출 화소의 수광량 저하를 감소시킨다.
도 12a 내지 도 12c는 초점 검출 화소 SVC 및 SVD와 촬상 화소의 동공 첨예도를 설명하기 위한 도면이다. 도 12a 내지 도 12c에서는, 도11a 내지 도 11c에 대해 동공 분할 방향이 90°만큼 상이하므로, 도 12b 및 도 12c의 특성은 도 11b 및 도 11c의 특성과 반전된다. 하지만, 동공 분할 방향의 특성 사이의 비교는, 이러한 특성들이 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 또한, 동공 분할 방향에 수직하는 방향의 특성도 거의 동일하다.
도 13은, 제1 실시예에 따른 디지털 카메라에 있어서, 초점 검출시에 취득한 화상과 초점 검출 영역의 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 13에서, 화상 센서(107)의 촬상면에 형성된 객체 화상은, 중앙에 인물, 좌측에 근경의 나무, 우측에 원경의 산을 포함한다.
제1 실시예의 화상 센서(107)는, 수평의 위상차를 검출하기 위한 제1 초점 검출 화소쌍 SHA 및 SHB와, 수직의 위상차를 검출하기 위한 제2 초점 검출 화소쌍 SVC 및 SVD를 갖는다. 제1 초점 검출 화소쌍 및 제2 초점 검출 화소쌍은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 균등한 밀도로 전체 화상 센서(107)에 분산되어 배치된다.
위상차 검출 시에, 초점 검출 화소로부터의 신호는 도 3에서 나타낸 바와 같이 그룹화 처리된다. 촬상 영역의 임의 위치에 있어서, 수평 및 수직 위상차를 검출하기 위한 초점 검출 영역이 설정될 수 있다.
도 13에서, 프레임의 중앙에 인물의 얼굴이 존재한다. 예를 들어, 화상 처리 회로(125)가 촬영 화상에 대하여 공지의 얼굴 인식 기술을 적용함으로써 얼굴의 존재를 검출한 경우, 얼굴 영역을 중심으로 초점 검출 영역이 설정될 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 13에 나타낸 바와 같이, 얼굴 영역을 중심으로 사용하여, 수평 위상차 초점 검출을 위한 초점 검출 영역 AFARh(x1, y1) 및 수직 위상차 초점 검출을 위한 초점 검출 영역 AFARv(x3, y3)이 설정될 수 있다. 첨자 "h"는 수평 방향을 나타내고, (x1, y1) 및 (x3, y3)은 초점 검출 영역의 좌측 상단 코너의 좌표값을 나타낸다. AFSIGh(A1)는 초점 검출 영역 AFARh(x1, y1)에 포함되는 초점 검출 화소 SHA에 의해 얻어진 화상 신호를 수평 방향으로 연결함으로써 얻어진 위상차 초점 검출 A 화상 신호를 나타낸다. 마찬가지로, AFSIGh(B1)는 초점 검출 영역 AFARh(x1, y1)에 포함되는 초점 검출 화소 SHB에 의해 얻어진 화상 신호를 수평 방향에서 연결함으로써 얻어진 위상차 초점 검출 B 화상 신호를 나타낸다.
A 화상 신호 AFSIGh(A1)와 B 화상 신호 AFSIGh(B1) 사이의 위상차는 공지의 상관 연산에 의해 연산되어, 수평 초점 어긋남량을 얻는다.
초점 검출 영역 AFARv(x3, y3)에 대해서도, 초점 검출 화소 SVC 및 SVD로부터 얻은 C 화상 신호 AFSIGv(C3)와 D 화상 신호 AFSIGv(D3)이 얻어지고, 수직 초점 어긋남량이 얻어진다.
2개의 초점 검출 영역 AFARh(x1, y1) 및 AFARv(x3, y3)에서 검출된 2개의 초점 어긋남량이 비교되어 더 높은 신뢰성의 값을 채용한다.
프레임 좌측의 나무의 기둥은 주로 수직선 성분, 즉, 수평 방향의 휘도 분포를 갖는다. 따라서, 그 기둥이 수평 위상차 초점 검출에 적합한 객체인지 여부가 판정된다. 수평 위상차 초점 검출을 위한 초점 검출 영역 AFARh(x2, y2)이 설정된다. 프레임 우측의 산의 능선은 주로 수평선 성분, 즉, 수직 방향의 휘도 분포를 갖는다. 따라서, 수직 위상차 초점 검출을 위한 초점 검출 영역 AFARv(x4, y4)이 설정된다.
이러한 방식으로, 제1 실시예에 따르면, 수평 위상차 초점 검출 및 수직 위상차 초점 검출을 위한 초점 검출 영역이 프레임(화상 센서)의 임의 영역에 설정될 수 있다. 프레임 내의 객체의 위치 또는 휘도 분포의 방향 특성에 관계없이 적절한 초점 검출이 실행될 수 있다.
도 14 내지 도 16은, 본 실시예에 따른 디지털 카메라의 초점 조절 및 촬영 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는, 본 실시예에 따른 디지털 카메라의 전체 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
사용자가 조작 스위치(132) 중에서 전원 스위치를 온 조작하면, S103에서, CPU(121)는 카메라 내의 액추에이터 및 화상 센서의 동작을 확인한다. CPU(121)는 메모리 내용 및 실행 프로그램을 초기화하고, 촬영 준비 동작을 실행한다.
S105에서, CPU(121)는 화상 센서 구동 회로(124)를 통해 화상 센서(107)의 촬상 동작을 개시한다. 화상 처리 회로(125)는 촬상 화상을 처리하고, 디스플레이 화상(기록 화상보다 해상도가 낮음)을 생성한다. 또한, 화상 처리 회로(125)는 디스플레이 화상으로부터 인물의 얼굴을 검출한다.
S107에서, CPU(121)는, 화상 처리 회로(125)에 의해 생성된 디스플레이 화상을 디스플레이(131)에 순차적으로 출력하고, 디스플레이(131)가 EVF로서 기능하게 한다. 사용자는 디스플레이(131)에 표시되는 화상을 보면서, 촬영 구도를 결정한다.
S109에서, CPU(121)는 얼굴 검출 결과를 획득하고, 얼굴이 검출되었으면 화상 처리 회로(125)로부터 얼굴 영역에 대한 정보를 획득한다. 얼굴이 검출되었으면, 프로세스는 S111로부터 S113으로 이행하고, CPU(121)는 초점 조절 모드를 얼굴 AF 모드로 설정한다. 얼굴 AF 모드에서, 얼굴 영역에 초점 검출 영역이 설정된다.
디스플레이 화상으로부터 얼굴이 검출되지 않았을 경우, 프로세스는 S111로부터 S115로 이행하고, CPU(121)는 초점 조절 모드를 다점 AF 모드로 설정한다. 다점 AF 모드에서, 촬영 영역은 복수의 영역(예를 들어, 3(세로)×5(가로)=15 영역)으로 분할된다. 각 분할 영역에서 초점 검출이 실행되고, 초점 검출 결과와 객체의 휘도 정보로부터 추정되는 주 객체를 포함하는 분할 영역이 최종 초점 검출 영역으로서 결정된다.
S113 또는 S115에서 AF 모드를 결정한 후에, CPU(121)는 S117에서 초점 검출 영역을 결정한다. S121에서, CPU(121)는 사용자가 촬영 준비 스위치를 온 조작하였는지를 판정한다. 사용자가 촬영 준비 스위치를 온 조작하지 않았다면, 프로세스는 S105로 복귀하고, CPU(121)는 화상 센서의 구동으로부터 S117의 초점 검출 영역의 결정으로의 프로세스를 반복 실행한다.
S121에서 CPU(121)는 조작 스위치(132) 중에서 촬영 준비 스위치의 상태를 검출하고, 사용자가 촬영 준비 스위치를 온 조작하였으면, 프로세스는 S131로 이행한다. 사용자가 촬영 준비 스위치를 온 조작하지 않았으면, 프로세스는 S105로 이행한다. 촬영 준비 스위치는, 예를 들어 릴리즈 버튼이 절반 누름으로써 온 되는 스위치일 수 있다.
도 15는 S131에서의 초점 검출 처리의 상세 사항을 설명하기 위한 흐름도이다.
S132에서, CPU(121)는 S117에서 결정된 초점 검출 영역에 포함되는 촬상 화소와 초점 검출 화소를 판독한다. S133에서, CPU(121)는 판독된 촬상 화소의 정보로부터, 초점 검출 영역에 있어서의 객체 휘도의 변화의 방향 의존성(객체 패턴)을 인식한다. S134에서, CPU(121)는 S133에서 인식한 객체 패턴으로부터, 초점 검출에 적합한 위상차 초점 검출 방향을 선택한다. 더욱 구체적으로는, 객체 화상의 휘도가 수평 방향으로만 변화하는 경우, 수평 위상차를 검출하기 위하여 초점 검출 화소만을 사용하여 초점 검출이 수행된다. 마찬가지로, 객체 화상의 휘도가 수직 방향으로만 변하는 경우, 수직 위상차를 검출하기 위하여 초점 검출 화소만을 사용하여 초점 검출이 수행된다. 객체 화상의 휘도가 수평 및 수직 방향 모두에서 변하는 경우에, 수평 위상차를 검출하기 위한 초점 검출 화소와 수직 위상차를 검출하기 위한 초점 검출 화소를 사용하여 초점 검출(크로스(cross) 거리 측정)이 수행된다.
S141에서, CPU(121)는 초점 검출 영역 내의 초점 검출 화소로부터의 출력을 화소 위치에 따라 연결하여, AF 화소 신호를 얻는다. S142에서, CPU(121)는 S141에서 얻은 AF 화소 신호에, 쉐이딩 보정(프레임 주변의 광 누락 보정), 비네팅(vignetting)에 의한 2개 화상의 왜곡의 복원 보정 등을 실행하고, 한 쌍의 상관 연산용 화상 신호를 생성한다. 더욱 구체적으로는, CPU(121)는 도 13에 나타낸 한 쌍의 A 화상 신호 AFSIGh(A1)와 B 화상 신호 AFSIGh(B1), 또는 한 쌍의 C 화상 신호 AFSIGv(C3)와 D 화상 신호 AFSIGv(D3)와 같은 한 쌍의 화상 신호를 생성한다.
S143에서, CPU(121)는 위상차 초점 검출 화상 신호쌍 사이의 상관을 연산하고, 화상 신호들 사이의 위상차를 연산한다.
S144에서, CPU(121)는 연산된 상관의 신뢰성을 판정한다. 신뢰성은 화상 신호쌍 사이의 일치도(파장 유사도)를 의미하며, 일치도가 높은 경우에는, 일반적으로 초점 검출 결과의 신뢰성이 높다. 복수의 초점 검출 영역이 선택되는 경우, 신뢰성이 더 높은 화상 신호쌍에 기초하여 위상차가 우선적으로 사용된다.
S145에서, CPU(121)는 신뢰성이 높은 화상 신호쌍으로부터 구해진 위상차에 기초해서 최종 초점 어긋남량을 연산한다. 그리고, 초점 검출 처리가 종료된다.
도 14를 다시 참조하면, S151에서, CPU(121)는 초점 검출 처리에서 연산한 초점 어긋남량이 허용치 이하인지(객체가 초점 맞음 상태인지) 여부를 판정한다. 초점 어긋남량이 허용치를 초과하면, CPU(121)는 그 객체가 초점이 맞지 않는다고 판정한다. S153에서, CPU(121)는 초점 구동 회로(126)를 통해 초점 렌즈(제3 렌즈군)(105)를 소정의 방향으로 소정량만큼 구동한다. CPU(121)는 S151에서 그 객체가 초점 맞음 상태라고 판정될 때까지 S131 내지 S153의 처리를 반복하여 실행한다.
CPU(121)가 S151에서 그 객체가 초점 맞음 상태라고 판정한 경우, S155에서 디스플레이(131)에 초점 맞음 화상을 표시하고, S157로 이행한다.
S157에서, CPU(121)는 사용자가 촬영 개시 스위치를 온 조작하였는지 여부를 판정한다. 사용자가 촬영 개시 스위치를 온 조작하지 않았으면, CPU(121)는 S157에서 촬영 대기 상태를 유지한다. CPU(121)가 S157에서 사용자가 촬영 개시 스위치를 온 조작했다고 판정한 경우, 프로세스는 S161로 이행하고, 촬영 처리를 실행한다. 촬영 개시 스위치는, 예를 들어, 릴리즈 버튼을 완전히 누름으로써 온 되는 스위치일 수 있다.
도 16은 S161에서의 촬영 처리의 상세 사항을 설명하기 위한 흐름도이다.
S163에서, CPU(121)는 셔터 구동 회로(128)를 통해 셔터(102)의 개구 직경과 개폐 타이밍을 제어하고, 노광 처리를 행한다. 특별히 설명하지 않았지만, 일반적으로 행해지고 있는 바와 같이, 초점 검출 처리와 병행해서 자동 노출 제어 처리도 행해져서 개구값 및 셔터 속도를 결정한다.
S165에서, CPU(121)는 화상 센서 구동 회로(124)를 통해 기록 화상 생성을 위한 화상을 판독하는데, 즉, 모든 화소로부터의 신호들을 판독한다.
S167에서, CPU(121)는 화상 처리 회로(125)를 사용하여, 판독한 화상 신호의 결손 화소를 보간한다. 결손 화소는, 화상 센서(107)의 제조시에 발생한 결함 화소와 초점 검출 화소를 포함한다. 상술한 바와 같이, 초점 검출 화소는 RGB 컬러 필터를 갖지 않고, 사출 동공의 일부으로부터만 수광할 수 있다. 따라서, 통상의 결함 화소와 마찬가지로, 주위의 촬상 화소의 정보를 사용한 보간에 의해 화상 신호가 생성된다.
S169에서, CPU(121)는 화상 처리 회로(125)가 컬러 보간, 화상 γ 보정 및 에지 강조와 같은 소위 현상 프로세스와, 설정에 따라 부호화와 같은 화상 프로세스를 수행하게 한다.
S171에서, CPU(121)는 기록 매체(133)에 촬영 화상을 기록한다.
S173에서, CPU(121)는 디스플레이(131)에 촬영 화상을 표시한다. 그리고, 촬영 처리가 종료된다.
상술한 바와 같이, 제1 실시예에 따르면, 원래 화상 센서에 포함된 전극군은 동공 분할 방향의 광속을 제한하는 부재(차광막)로서 이용된다. 전용 차광막이 배치될 필요가 없고, 화상 센서의 구조가 복잡화되는 정도가 억제될 수 있다.
전극군은 마이크로 렌즈의 초점 근방에 위치하고 있기 때문에, 동공 분할 방향의 동공 강도 분포가 첨예하게 된다. 그 결과, 동공 분할 성능이 향상되어 위상차 초점 검출 화상 신호의 열화가 억제되어, 높은 초점 검출 정밀도를 얻는다.
전극군을 마이크로 렌즈의 초점 근방에 위치시키는 것은, 동공 분할 방향의 광속을 제한하는 부재와 마이크로 렌즈 사이의 거리를 증가시킨다. 이는, 광속을 제한하는 부재와 마이크로 렌즈 사이의 배열 오차에 기인하여 발생하는 동공 강도 분포의 위치 오차를 감소시킬 수 있다. 따라서, 초점 검출 동공이 촬영 렌즈에 의해 가려진 경우에도, 한 쌍의 동공 사이의 가려짐량이 거의 동등하게 되고, 광량은 불균형이 되기 어렵다. 초점 검출 정밀도의 감소가 억제될 수 있다.
[제2 실시예]
제1 실시예에서는, 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치로부터 다른 거리를 갖는 제1 및 제2 전극군(154, 155) 중, 초점 검출 화소에서 동공 분할 방향의 광속을 제한하는 부재는 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치에 더 가까운 제1 전극군(154)을 사용해서 형성된다. 초점 검출 화소에서 동공 분할 방향에 수직하는 방향의 광속을 제한하는 부재는 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치로부터 제1 전극군(154)보다 더 먼 제2 전극군(155)을 사용해서 형성된다.
반대로, 제2 실시예에서는, 제2 전극군(155)을 사용하지 않고, 제1 전극군(154)에 의해 동공 분할 방향과 이에 수직하는 방향의 광속을 제한하는 부재가 형성된다.
도 17은 제2 실시예에 따른 초점 검출 장치를 형성하는 화상 센서 중, 단위 블록에 포함되는 8×8=64 화소의 촬영 광학계로부터 바라본 확대 평면도이다.
흑색의 직사각형으로 나타내어지는 광전 변환 유닛(152)은 화소의 최하층에 배치되고, 모든 화소에서 거의 정사각 형상을 갖는다. 후술하는 바와 같이, 전체 광전 변환 유닛(152)이 노출되는 화소(150)가 촬상 화소이다. 광전 변환 유닛(152)이 일부 노출되는 화소 SHA, SHB, SVC 및 SVD가 초점 검출 화소이다. 광전 변환 유닛(152)으로부터의 출력은 제1 및 제2 전극군(254, 255)에 의해 판독된다. 제1 실시예에 따른 화상 센서와 제2 실시예에 따른 화상 센서는, 제1 및 제2 전극군의 형상만이 상이하다. 나머지 부재의 형상은 동일하기 때문에, 차이점만을 설명한다.
광전 변환 유닛(152) 위에 (광의 입사측에) 배치된 제1 전극군(254)은, Y 방향(도 17의 상측 방향)으로 연장한다. 제1 전극군(254)은 X 방향(도 17의 우측 방향)으로 규칙적으로 배치된 선 형상의 신호 전달용 주 전극군(254a)과 각 화소 내에 배치된 섬 형상의 중계 전극군(254b)을 포함한다. 제1 전극군(254) 위에 배치된 제2 전극군(255)은 X 방향으로 연장한다. 제2 전극군(255)은 Y 방향으로 규칙적으로 배치된 선형 전극(255a)을 포함한다. 광전 변환 유닛(152)에서 생성된 신호 전하는, 플로팅 확산(도시 생략), 제1 전극군(254) 및 제2 전극군(255)을 통해 후단의 회로에 출력된다.
제1 및 제2 전극군(254, 255)의 형상은, 촬상 화소의 주위에 대응하는 개소에서 제1 실시예의 제1 및 제2 전극군(154, 155)과 동일 형상이다. 그러나, 초점 검출 화소 SHA, SHB, SVC 및 SVD의 주위에 대응하는 개소의 제1 및 제2 전극군(254,255)의 형상은 이하와 같이 제1 실시예와 상이하다.
도 18a 및 18b는 제2 실시예의 화상 센서(107)에 있어서의 초점 검출 화소(수평 위상차 초점 검출용)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 18a 및 18b는 제1 실시예의 도 6a 및 6b에 대응한다. 도 18a는 도 17의 초점 검출 화소 SHA, SHB와 2개의 촬상 화소(150)인 4개의 화소를 확대한 평면도이다. 도 18b는 도 18a의 라인 A-A를 따른 초점 검출 화소 SHA, SHB의 A-A 단면도이다.
제2 실시예에 있어서도, 초점 검출 화소 SHA, SHB는 동공 분할용의 슬릿 OPHA 및 OPHB를 구비한다. 그러나, 제1 전극군(254)이 각각의 슬릿의 모든 변을 한정한다. 제1 전극군(254)은 Y 방향으로 향한다. 초점 검출 화소의 광전 변환 유닛(152)은 제1 전극군(254)으로 차광 되지 않은 영역(노출부)이 존재한다. 광전 변환 유닛(152)의 근방에 존재하는 노출부를 투과한 광속이 회절에 의해 광전 변환 유닛(152)에 도달하면, 초점 검출 화소의 동공 강도 분포에 유해한 2차 피크가 발생한다. 노출부로부터 광전 변환 유닛으로 진입하는 광속을 억제하기 위해, 제2 실시예는 노출부를 차광하기 위해 연장된 돌출부(255H, 255S)를 형성하도록 제2 전극군(255)의 일부의 폭을 확장한다. 이러한 구조는, 슬릿 이외의 부분으로부터 초점 검출 화소에 입사하는 불필요 광을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 화상 센서의 전극군 중 마이크로 렌즈의 초점 위치의 근방에 배열된 제1 전극군만을 사용해서 초점 검출 화소용의 슬릿이 형성된다. 또한, 제1 전극군에 의해 차광되지 않은 영역은 제1 전극군보다 마이크로 렌즈의 초점 위치로부터 멀리 배치된 제2 전극군을 이용하여 차광된다. 이러한 구조는 슬릿 이외의 부분으로부터 초점 검출 화소의 광전 변환 유닛에 입사하는 광속을 제한한다.
도 19a 및 19b는 제2 실시예에 따른 화상 센서(107)에 있어서의 초점 검출 화소(수직 위상차 초점 검출용)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 19a 및 19b는 제1 실시예의 도 7a 및 7b에 대응한다. 도 19a는 도 17의 초점 검출 화소 SVC, SVD와 2개의 촬상 화소(150)인 4개의 화소를 확대한 평면도이다. 도 19b는 도 19a의 라인 A-A에 따른 초점 검출 화소 SVC, SVD의 단면도이다. 수직 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소의 동공 분할용 슬릿의 구조는 도 19a를 참조하여 실시될 수 있다.
수직 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소 SVC, SVD에서, 도 18a 및 18b에 도시된 수평 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소 SHA, SHB와, 제1 및 제2 전극군(254, 255)의 향하는 방향은 동일하다. 그러나, 동공 분할 방향은 90° 상이하다. 그로 인해, 동공 분할용의 슬릿을 형성하기 위한 전극의 형상은 이하와 같이 상이하다.
도 18a에 도시된 수평 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소에서, 제1 전극군(254)의 Y 방향으로 향하는 선 형상의 신호 전달용 주 전극(254a)의 폭은 광전 변환 유닛(152)을 덮도록 확장된다. 슬릿은 그 확장부에 형성된다. 이에 반해, 수직 위상차 초점 검출용의 초점 검출 화소에서, 도 19a에 나타낸 바와 같이, 제1 전극군(254)의, 섬 형상의 중계용 전극군(254b)을 Y 방향으로 확장한 부분에 의해 광전 변환 유닛(152)이 덮여지고, 확장부에 슬릿 OPVD 또는 OPVC를 형성한다. 또한, 제1 전극군(254)의, Y 방향으로 향하는 선 형상의 신호 전달용 주 전극군(254a)과 섬 형상의 중계용 전극군(254b)의 사이에 존재하는 노출부를 덮도록, 제2 전극군(255)의 돌출부(255V, 255S)가 형성된다. 돌출부(255V, 255S)는 광전 변환 유닛(152)으로 광속이 입사 가능한 노출부를 감소시킨다. 이러한 구조는 유해한 불필요 광이 노출부를 통해 광전 변환 유닛(152)에 도달하는 것을 효과적으로 억제한다.
도 20a 내지 20c 및 도 21a 내지 21c는 제2 실시예의 각 화소의 동공의 첨예도를 설명하는 도면이다. 도 20a 내지 20c 및 도 21a 내지 21c는 제1 실시예의 도 11a 내지 11c 및 도 12a 내지 12c에 대응한다. 도 20a 내지 20c는, 도 18a 및 18b에 도시된 초점 검출 화소 SHA, SHB와 촬상 화소의 동공 첨예도를 설명하는 도면이다.
제2 실시예에 따른 초점 검출 화소에서는, 동공 분할 방향과 이에 직교하는 방향의 광속을 제한하는 두 개의 슬릿이 제1 전극군에서 형성된다. 즉, 슬릿 은 마이크로 렌즈(162)의 초점 위치로부터의 등거리인 전극에서 형성된다. 그로 인해, 도 20b의 수평 방향의 단면에서의 동공 강도 분포의 첨예도 θHA-H 및 θHB-H는 도 20c의 수직 방향의 단면에서의 동공 강도 분포의 첨예도 θHA-V 및 θHB-V와 동일하다. 한편, 동공 강도 분포의 폭 W는 제1 실시예와 마찬가지로, 동공 분할 방향인 수평 방향에서 좁고(도 20b), 수직 방향에서 넓다(도 20c). 그로 인해, 제2 실시예에서도, 동공 분리의 명료성과, 수광량 저하의 경감의 양립이 실현된다.
도 20b의 파선으로 나타낸 동공 강도 분포 INTHA -X 및 INTHB -X는, 도 18a의 제2 전극군(255)의 돌출부(255H, 255S)가 형성되지 않는 경우에, 노출부를 통해서 광전 변환 유닛(152)에 도달한 누출 광에 의해 나타나는 2차 피크이다. 이러한 누출 광에 의해 발생된 2차 피크는, 작은 F넘버를 이용하는 촬영 광학계, 즉 밝은 촬영 광학계를 사용할 때 동공 분할 성능을 악화시킨다. 그 결과, 위상차 초점 검출용의 한 쌍의 화상 신호의 위상차와 초점 어긋남량 사이의 상관 관계가 불규칙해져서, 정확한 초점 검출이 곤란해진다. 제2 실시예에서는, 도 18a에 나타낸 바와 같이, 제2 전극군(255)이 돌출부(255H, 255S)를 갖도록 형성하여 불필요 광을 차단한다. 누출 광에 의한 2차 피크 INTHA -X 및 INTHB -X의 발생을 억제할 수 있고, 동공 분할 특성의 악화를 경감할 수 있다.
도 21a 내지 21c는 초점 검출 화소 SVC, SVD와 촬상 화소의 동공 첨예도를 설명하는 도면이다. 도 21a 내지 21c에서는, 도 20a 내지 20c에서의 것에 대해 동공 분할 방향이 90°상이하기 때문에, 도 21b 및 도 21c의 특성이 도 20b 및 도 20c와 반전된다. 그러나, 동공 분할 방향의 특성을 비교하면 이들의 특성은 실질적으로 동일하다. 또한, 동공 분할 방향과 직교하는 방향의 특성도 실질적으로 동일하다.
제2 실시예의 선택된 초점 검출 영역과 위상차 초점 검출 화상은 도 13에 나타낸 것과 동일하다. 초점 검출이나 촬상에 관한 동작은 도 14 내지 도 16을 참조하여 설명한 것과 동일하며, 그 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예의 효과에 추가하여, 마이크로 렌즈의 초점 위치의 부근에 배치되는 전극군에 의해 동공 분할 개구를 형성한다. 동공 분할 방향과 이에 직교하는 방향의 동공 강도 분포는 첨예하게 된다.
동공 분할 개구를 형성하는 전극군과는 다른 전극군에 의해, 노출부에서 입사해서 광전 변환 유닛에 도달하는 광을 차단함으로써, 동공 분리 특성을 한층 향상시킬 수 있다. 그 결과, 위상차 초점 검출 화상 신호의 열화가 억제되어, 초점 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
동공 분할 방향의 광속을 제한하는 개구를 형성하는 모든 부재와 마이크로 렌즈간의 거리가 크다. 이는 광속을 제한하는 부재와 마이크로 렌즈간의 얼라인먼트 오차에 기인하는 동공 강도 분포의 위치 어긋남 오차를 한층 감소시킬 수 있다. 초점 검출 동공이 촬영 렌즈를 가리게 되더라도, 가려짐량은 한 쌍의 동공에서 거의 동일해지고, 광량 불균형이 발생하기 어렵다. 초점 검출 정밀도의 저하가 한층 억제될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 본 발명에 따른 초점 검출 장치를 디지털 스틸 카메라에 적용하였다. 그러나, 본 발명은 광전 변환 유닛과 마이크로 렌즈와의 사이에 광 차폐가 가능한 물질의 층이 형성되는, CMOS 화상 센서로 나타내어진 화상 센서용으로 폭넓게 활용 가능하다. 따라서, 본 발명은 이러한 화상 센서를 이용할 수 있는 임의의 장치에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 동화상 촬영을 행하는 캠코더(무비 카메라), 각종 검사 카메라, 감시 카메라, 내시경 카메라 또는 로봇용 카메라 등의 디지털 카메라의 기능을 갖는 임의의 장치에 적용 가능하다.
초점 검출 화소를 갖는 화상 센서 이외의 구성은 본 발명에서 필수적인 것은 아니다. 초점 검출 화소의 출력으로부터 위상차 초점 검출용의 한 쌍의 화상 신호를 생성하는 구성과, 위상차 초점 검출용의 한 쌍의 화상 신호로부터 초점의 어긋남량을 구하는 구성은 공지된 임의의 구성을 이용할 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다는 점이 이해될 것이다. 이하의 청구범위의 범주는 이러한 모든 변형 및 등가 구조 및 기능을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.
본 출원은 그 전체 내용이 본원에서 참조로 합체된, 2008년 3월 11일자로 출원된 일본 특허 출원 제2008-061845호 및 2009년 3월 3일자로 출원된 일본 특허 출원 제2009-049716호를 우선권 주장한다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 입사하는 광속을 신호 전하로 변환하기 위한 광전 변환 유닛과, 상기 광전 변환 유닛의 근방에 초점 위치를 갖는 마이크로 렌즈를 갖는 각 화소가 복수로 배치된 초점 검출 장치로서,
    복수의 화소의 광전 변환 유닛에 의해 변환된 신호 전하를 판독하는 데 사용되는 전극군을 포함하고,
    상기 복수의 화소는, 촬영 화상(shot image)을 생성하기 위한 복수의 촬상 화소와, 위상차 초점 검출 방식에 의한 초점 검출을 위한 화상 신호를 생성하기 위한 복수의 초점 검출 화소를 포함하고,
    상기 전극군은, 상기 촬상 화소에 대해서는, 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 광전 변환 유닛에 입사하는 광속을 차단하지 않도록 배치되고,
    상기 전극군은, 상기 초점 검출 화소에 대해서는, 상기 광전 변환 유닛과 상기 마이크로 렌즈 사이에 배치되어, 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 광전 변환 유닛에 입사하는 광속 중에서 미리 정해진 동공 분할 방향으로의 광속을 제한하는 개구를 형성하고,
    상기 전극군은 상기 광전 변환 유닛의 주위에 배치된 복수의 전극을 포함하고,
    상기 개구는 상기 초점 검출 화소의 주위에 배치된 전극의 폭을 상기 초점 검출 화소의 광전 변환 유닛의 중심을 향해 확장시켜서 형성되고,
    상기 전극군은 다층 구조를 갖고,
    상기 개구는 동공 분할 방향에 수직한 변과 동공 분할 방향에 평행한 변을 갖는 형상을 갖고,
    동공 분할 방향에 수직한 상기 개구의 변을 형성하는 전극은, 상기 전극군 중에서 상기 마이크로 렌즈의 초점 위치로부터 가장 먼 층 이외의 층의 전극이고,
    동공 분할 방향에 평행한 상기 개구의 변을 한정하는 전극은, 상기 전극군 중에서 동공 분할 방향에 수직한 상기 개구의 변을 한정하는 전극보다, 상기 마이크로 렌즈의 초점 위치로부터 더 먼 층의 전극인,
    초점 검출 장치.
  5. 입사하는 광속을 신호 전하로 변환하기 위한 광전 변환 유닛과, 상기 광전 변환 유닛의 근방에 초점 위치를 갖는 마이크로 렌즈를 갖는 각 화소가 복수로 배치된 초점 검출 장치로서,
    복수의 화소의 광전 변환 유닛에 의해 변환된 신호 전하를 판독하는 데 사용되는 전극군을 포함하고,
    상기 복수의 화소는, 촬영 화상(shot image)을 생성하기 위한 복수의 촬상 화소와, 위상차 초점 검출 방식에 의한 초점 검출을 위한 화상 신호를 생성하기 위한 복수의 초점 검출 화소를 포함하고,
    상기 전극군은, 상기 촬상 화소에 대해서는, 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 광전 변환 유닛에 입사하는 광속을 차단하지 않도록 배치되고,
    상기 전극군은, 상기 초점 검출 화소에 대해서는, 상기 광전 변환 유닛과 상기 마이크로 렌즈 사이에 배치되어, 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 광전 변환 유닛에 입사하는 광속 중에서 미리 정해진 동공 분할 방향으로의 광속을 제한하는 개구를 형성하고,
    상기 전극군은 상기 광전 변환 유닛의 주위에 배치된 복수의 전극을 포함하고,
    상기 개구는 상기 초점 검출 화소의 주위에 배치된 전극의 폭을 상기 초점 검출 화소의 광전 변환 유닛의 중심을 향해 확장시켜서 형성되고,
    상기 전극군은 다층 구조를 갖고,
    상기 개구는 동공 분할 방향에 수직한 변과 동공 분할 방향에 평행한 변을 갖는 형상을 갖고,
    동공 분할 방향에 수직한 상기 개구의 변을 한정하는 전극 및 동공 분할 방향에 평행한 상기 개구의 변을 한정하는 전극은 모두, 상기 전극군 중에서 상기 마이크로 렌즈의 초점 위치로부터 가장 먼 층의 전극이 아니고,
    상기 초점 검출 화소의 주위에 배치된 전극 중에서, 상기 개구의 변을 한정하는 전극보다 상기 마이크로 렌즈의 초점 위치로부터 더 먼 층의 전극은, 상기 개구의 변을 한정하는 전극에 의해 차광되지 않는 상기 초점 검출 화소의 광전 변환 유닛의 영역을 차광하도록 형성되는,
    초점 검출 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 복수의 초점 검출 화소는, 균등한 밀도로 배치되고, 제1 동공 분할 방향을 갖는 한 쌍의 초점 검출 화소와 상기 제1 동공 분할 방향에 수직한 제2 동공 분할 방향을 갖는 한 쌍의 초점 검출 화소를 포함하는,
    초점 검출 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 복수의 초점 검출 화소로부터 판독된 신호 전하에 기초하여 동공 분할 방향에서의 위상차를 검출하는 한 쌍의 화상 신호를 생성하는 생성 수단과,
    상기 생성 수단에 의해 생성된 한 쌍의 화상 신호로부터 초점 어긋남량을 연산하는 연산 수단을 더 포함하는,
    초점 검출 장치.
  8. 초점 렌즈를 갖는 촬영 광학계와,
    제7항에 기재된 초점 검출 장치와,
    상기 초점 검출 장치의 연산 수단에 의해 연산된 초점 어긋남량에 따라 상기 초점 렌즈를 구동하는 구동 수단과,
    상기 초점 검출 장치의 촬상 화소로부터 판독된 신호 전하에 기초하여 화상을 생성하기 위한 화상 처리 수단을 포함하는,
    촬상 장치.
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