KR101409688B1 - 포커스 검출 장치 - Google Patents

Abstract

포커스 검출 장치는, 복수의 센서를 포함하는, 전하 축적형의 광전 변환 유닛; 광전 변환 유닛의 전하 축적을 제어하기 위한 축적 컨트롤러; 축적 시간을 측정하기 위한 축적 시간 측정 유닛; 광전 변환 신호의 보정 연산을 수행하기 위한 보정 연산 유닛; 및 포커스 검출 연산을 수행하기 위한 포커스 검출 연산 유닛을 포함한다. 축적 컨트롤러는, 복수의 센서 중 제1 센서에서의 축적 완료의 신호를 검출한 후에, 제1 센서 이외의 센서가 전하 축적을 종료하도록 강제한다. 보정 연산 유닛은, 제1 센서의 축적 시간인 제1 축적 시간과 제1 축적 시간과는 상이한 제2 축적 시간에 기초하여 광전 변환 신호의 보정 연산을 수행한다.

Description

포커스 검출 장치 {FOCUS DETECTION APPARATUS}

본 발명은 포커스 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 피사체에 대한 포커스 검출 장치에 관한 것이다.

종래에는, 카메라와 비디오 카메라와 같은 촬상 장치에 있어서의 포커스 검출 기술에 대해 다양한 제안이 이루어져 왔다. 예를 들면, 결상 광학계 내의 광로 중에 분기 유닛이 제공되고, 분기 빔을 사용하여 포커스 상태가 검출되는 소위 TTL(Through The Lens)을 사용한 위상차 방법이 제안되었다.

또한, 결상 광학계 내의 빔과는 다른 외광의 빔을 사용하여 포커스 상태가 검출되는 소위 논(non)-TTL을 사용한 외부 측정 방법도 제안되었다. 또한, 촬상 소자로부터 출력되는 화상 신호를 사용하여 포커스 상태가 검출되는 방법이 제안되었다.

상술한 방법들 중, 위상차 방법 및 외부 측정 방법의 포커스 검출 장치에서는, 피사체로부터의 빔의 광전 변환이 포커스 검출 장치 내의 광전 트랜스듀서에 의해 수행되고, 취득된 전하가 축적되어 화상 신호로서 판독된다. 또한, 광전 트랜스듀서로부터 판독된 화상 신호는 화상의 편차량 즉, 위상차를 결정하기 위해 상관 연산을 수행하는 데 사용된다. 이 경우에, 2개의 화상 사이의 일치도는 합초점(in-focus point)까지의 목표값을 결정하기 위한 상관 스코어(correlation score)로서 사용된다. 일반적으로, 상관 스코어가 극대값 및 최대값이 되는 위상차가 높은 신뢰도를 갖는 목표값으로서 설정된다. 그리고, 합초점으로부터의 디포커스량 또는 피사체까지의 거리 정보로부터 포커스 렌즈의 목표 위치로 목표값이 변환되어, 포커스 렌즈의 구동 제어를 수행한다.

그런데, 위상차 방법 및 외부 측정 방법의 포커스 검출 센서에 있어서의 전하 축적 동작을 제어하기 위한 다양한 방법이 제안되었다. 예를 들면, 자동 이득 제어(AGC: automatic gain control)에 의해, 소정의 신호 레벨에 도달했을 때에 축적 동작이 종료되는 제어 방법이 알려져 있다. 다른 예로서, 소정의 신호 레벨에 도달하지 않더라도, 소정의 최대 축적 시간이 경과한 시점에서 축적 동작이 종료되는 제어 방법이 알려져 있다. 또한, 다양한 촬상 조건 하에서, 피사체 휘도의 광범위한 동적 범위에 대응하기 위해서 상술한 2개 종류의 축적 제어 방법 모두가 때때로 사용된다.

위상차 방법이나 외부 측정 방법의 포커스 검출용 센서로서, 단일 라인으로 형성된 선형 센서나 복수의 라인 센서로 형성된 영역 센서가 사용된다. 몇몇 영역 센서에서, 그 각 영역은 AGC 회로에 접속되고, 각 영역이 독립적으로 최적의 콘트라스트로 신호를 출력할 수 있도록 축적 제어가 수행된다. 이러한 방식으로, 포커스 검출을 수행하기 위해 촬상 화면 내에 복수의 영역을 배치함으로써, 포커스 검출 영역에 대해 최적의 콘트라스트로 포커스 검출 연산을 수행할 수 있다.

그러나, 센서가 복수의 영역으로 분할되면, 화상이 복수의 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 예를 들어, 위상차 방법에서, 큰 디포커스가 생성될 때, 2개의 형성된 화상이 하나의 영역에 포함되지 않을 수 있다. 또한, 외부 측정 방법에서는, 피사체의 거리에 따라, 피사체의 2개의 형성된 화상이 너무 이격되어 하나의 영역에 포함되지 못하여, 화상이 영역들에 걸쳐 형성된다.

각 영역에 대해 적절한 AGC을 설정하고 영역 간 데이터의 단편들을 연결한 후에 상관 연산을 수행함으로써, 복수의 영역을 사용하여 포커스 검출을 수행할 수 있다. 하지만, 복수의 축적 동작이 필요하므로, 포커스 검출의 프로세스 시간이 증가된다. 특히 낮은 조도의 환경에서는, 축적 시간이 길어서 동영상 촬영 등에서의 실시간 프로세스를 처리하는 것이 곤란하다. 따라서, 종래의 예로서, 복수의 영역에 걸친 2개의 화상을 사용하여 포커스 검출 연산을 수행하기 위한 방법이 제안되었다.

예를 들어, 일본 특허출원 공개공보 제2006-184320호에서 후술하는 방법을 제안하였다. m번째 영역에서 상관 연산이 수행되었을 경우에 포커스 검출이 수행될 수 없다면, 인접 영역인 (m-1)번째 영역 또는 (m+1)번째 영역의 데이터가 임의의 축적 시간으로 변환되고, m번째 영역의 데이터에 연결된다. 그리고, 포커스 검출이 수행될 수 있을 때까지, 상관 연산 영역이 확대된다. 이러한 구성으로, 큰 디포커스가 발생했을 때에 화상이 다른 영역에 형성되는 경우에 대응할 수 있다.

또한, 일본 특허출원 공개공보 제2008-009279호에서 신호 출력을 독립적으로 판독하기 위해 각 영역에 대해 축적 제어가 독립적으로 수행되는 제1 모드와, 신호 출력을 판독하기 위해 모든 영역에 대해 축적 제어가 전체로 수행되는 제2 모드 사이의 스위칭 방법을 제안하였다. 일본 특허출원 공개공보 제2008-009279호의 구성에서는, 제2 모드에 있어서, 단일 선형 센서와 유사하게 축적 제어를 수행하기 위하여 복수의 영역이 연결되고, 개별 동작 회로가 순차적으로 구동되어 신호를 출력한다. 따라서, 큰 디포커스에 대한 전용 센서를 배치하지 않고도, 복수의 영역에 걸쳐 포커스 검출을 수행할 수 있다.

그렇지만, 일본 특허출원 공개공보 제2006-184320호 및 제2008-009279호에 개시된 종래의 방법에서는, 다른 영역의 축적 제어에 있어서의 시간 지연(time lag)이나 영역 간 축적 감도의 차이가 고려되지 않았다. 따라서, 엄밀한 의미에서는, 취득된 데이터는 영역 간에 상이하다. 따라서, 영역 간 데이터의 단편을 연결하는 종래의 방법에 따르면, 동일한 피사체의 상관 연산이 단일 영역 내에서 수행되는 경우와, 상관 연산이 영역 간 경계에 걸쳐 수행되는 경우 사이에 상이한 결과가 취득되므로, 정확한 상관 연산 결과가 몇몇 경우에 취득될 수 없다.

특히, 높은 조도의 환경 하에서는, 영역 간 레벨 차이가 현저하게 영향을 받는다. 조도 조건에 따라 상관 연산 결과가 본래의 값과 상이한 경우가 있다. 그 결과, 자동 포커스 동작이 수행되는 경우에, 포커싱 동작이 흐릿한(blurred) 상태를 야기할 수 있다.

위상차 방법에서, 포커스 상태가 합초 상태로 접근함에 따라, 2개의 화상이 하나의 영역 내에 일반적으로 형성된다. 따라서, 영역 간 상관 연산의 정밀도는, 포커스 상태가 합초 상태로 접근함에 따라 더욱 향상된다. 따라서, 피드백 제어에 의해 포커스 제어를 항상 수행할 수 있다. 그러나, 피사체까지의 거리의 데이터를 나타내는 외부 측정 방법의 경우에는, 합초 상태 또는 비합초 상태에 상관없이 일정한 결과가 취득된다. 즉, 외부 측정 방법은 개방-루프(open-loop) 포커스 제어 방법이다. 따라서, 외부 측정 방법의 경우에는, 특히 영역 간 경계에서의 상관 연산 결과의 오차의 영향이 증가하기 쉽다. 또한 위상차 방법의 경우에도, 최종적으로 합초 상태가 실현되는 시점에서 피사체의 휘도 레벨의 피크가 영역 간 경계에 존재한다면, 본래의 축적 데이터와 달리 상관 연산에 의해 산출되는 위상차의 정밀도가 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 영역에 걸친 피사체의 포커스 검출을 높은 정밀도로 짧은 시간 구간 내에 수행할 수 있는 포커스 검출 장치를 제공하는 것이며, 또한 포커스 검출 장치를 포함하는 촬상 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포커스 검출 장치는, 복수의 화소를 각각 갖는 복수의 센서를 포함하는, 전하 축적형의 광전 변환 유닛; 상기 광전 변환 유닛의 전하 축적을 제어하기 위한 축적 컨트롤러; 상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 각각의 전하 축적 개시로부터 전하 축적 종료까지의 축적 시간을 측정하기 위한 축적 시간 측정 유닛; 상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 각각의 광전 변환 신호의 보정 연산을 수행하기 위한 보정 연산 유닛; 및 상기 보정 연산 유닛에 의해 보정된 광전 변환 신호를 사용해서 포커스 검출 연산을 수행하기 위한 포커스 검출 연산 유닛을 포함하고, 상기 축적 컨트롤러는, 상기 복수의 센서 중 제1 센서에서의 축적 완료의 신호를 검출한 후에, 상기 제1 센서 이외의 센서가 전하 축적을 종료하도록 강제하고, 상기 보정 연산 유닛은, 상기 제1 센서의 축적 시간인 제1 축적 시간과 상기 제1 축적 시간과는 상이한 제2 축적 시간에 기초하여 광전 변환 신호의 보정 연산을 수행한다.

본 발명은 상관 연산을 수행하기 위해 데이터를 연결하기 전에 대상 영역의 축적 데이터를 적절하게 보정함으로써, 복수의 영역에 걸친 피사체의 포커스 검출을 높은 정밀도로 짧은 시간 구간 내에 수행할 수 있는 포커스 검출 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면을 참조하여 실시예의 후술하는 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구성도.
도 2는 제1 실시예에 있어서의 센서의 구성을 나타내는 제1도.
도 3은 제1 실시예에 있어서의 센서의 구성을 나타내는 제2도.
도 4는 제1 실시예에 있어서의 촬상 화면과 센서 사이의 위치 관계의 예를 나타내는 도면.
도 5는 제1 실시예에 있어서의 프로세스의 흐름도.
도 6은 제1 실시예에 있어서의 센서 출력의 예를 나타내는 도면.
도 7은 제1 실시예에 있어서의 센서의 축적 시간의 예를 나타내는 테이블.
도 8은 제1 실시예에 있어서의 센서의 축적 프로세스를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 촬상 화면과 센서 사이의 위치 관계의 예를 나타내는 도면.
도 10은 제2 실시예에 있어서의 센서 출력의 예를 나타내는 도면.
도 11은 제2 실시예에 있어서의 구성도.
도 12는 제2 실시예에 있어서의 촬상 화면, AF 프레임 및 센서 사이의 위치 관계의 예를 나타내는 도면.
도 13은 제2 실시예에 있어서의 프로세스의 흐름도.
도 14는 제2 실시예에 있어서의 센서 출력의 예를 나타내는 도면.
도 15는 제2 실시예에 있어서의 센서의 축적 시간의 예를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구성도이다.

[제1 실시예]

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 포커스 검출 장치(100)를 설명한다.

포커스 검출 장치(100)는 포커스 렌즈 유닛을 포함하는 촬상 광학계(110)를 포함한다.

촬상 광학계(110)의 화상면 측에는, 하프 미러(half mirror)(121)가 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 하프 미러는 피사체로부터의 빔을 2개의 빔으로 분할하는 임의의 광학 부재(빔 분할 부재)이다. 예를 들어, 하프 미러는 편광 빔 스플리터(splitter)일 수 있거나 편광과는 (거의) 무관하게 빔을 2개(복수)로 분할하는 광학 부재일 수도 있다. 그러나, 하프 미러(빔 분할 부재)는 파장에 대해 낮은 의존성을 갖는 것이 바람직하다.

포커스 검출 장치(100)로 입사한 피사체로부터의 빔은 촬상 광학계(110)를 통과하고, 하프 미러(121)를 통과한 빔과 하프 미러(121)에 의해 반사된 빔으로 분할된다. 하프 미러(121)에 의해 반사된 빔은 센서(122)로 입사한다.

광전 변환 유닛인 센서(122)는 2쌍의 2차 결상 렌즈(도시 생략)와, 2쌍의 위상차 센서로서의 AF 센서(도시 생략)를 포함한다. 센서는 그 각각이 복수의 화소(광전 트랜스듀서)로 이루어지는 라인 센서인 복수의 영역 센서를 포함한다. 각 영역 센서에는, 하프 미러(121)에 의해 반사된 후에 각 쌍의 2차 결상 렌즈에 의해 분할된 2개의 빔에 의해 한 쌍의 피사체 화상(이하, 2개의 화상이라 칭함)이 형성된다. 광전 트랜스듀서는 전하 축적형 센서이며, 각 영역 센서는 2개의 화상의 광전 변환을 수행하고 그 전하를 축적하여 2개의 화상 신호를 생성한다. 포커스 검출 장치(100)의 포커스 상태에 대응하는 위상차는 2개의 화상 신호로부터 취득될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서 설명되는 영역 센서는 복수의 화소를 갖는 센서(복수의 화소를 갖는 광전 트랜스듀서)가 되기에 충분하다. 즉, 본 실시예에서 설명되는 영역 센서는, 복수의 화소가 단일 라인으로 배치된 라인 센서일 수 있거나, 복수의 화소가 이차원 방식으로 배치된 2차원 센서일 수도 있다.

포커스 검출 장치(100)가 합초 상태에 있는 경우에, 2개의 화상 사이의 간격에 대응하는 위상차는 특정값을 나타낸다. 소위 전방 포커스 상태(front focus state)의 경우에는, 위상차가 특정값보다 작다. 또한, 소위 후방 포커스 상태(rear focus state)의 경우에는, 위상차가 특정값보다 크다. 이러한 방식으로, 센서(122)는 포커스 검출 장치(100)로 입사하는 광에 의해 형성된 피사체 화상 사이의 위상차를 취득하기 위한 2개의 화상 신호를 생성한다.

포커스 검출 장치(100)는 CPU(130)를 포함한다. CPU(130)는 축적 컨트롤러(131), 축적 시간 카운터(132), 판독 컨트롤러(133), 보정 연산 유닛(134), 메모리(135) 및 상관 연산 유닛(136)으로 구성된다.

축적 제어 유닛인 축적 컨트롤러(131)는 센서(122)에 접속되어 센서(122)의 각 영역 센서의 전하 축적 개시 제어, 자동 이득 제어(AGC) 회로(도시 생략)에 의한 축적 완료의 검출과 그 영역 센서의 저장, 및 전하 축적 종료 제어를 수행한다. 축적 컨트롤러(131)가 센서(122)의 축적 동작을 개시하면, 축적 시간 측정 유닛인 축적 시간 카운터(132)는 각 영역 센서의 축적 시간을 카운트하기 시작한다. 그리고, 축적 컨트롤러(131)가 센서(122)의 축적 완료 신호를 검출하거나 축적 동작을 종료시키면, 카운트가 정지된다. 센서(122)의 모든 영역 센서의 축적 동작이 종료되면, 판독 컨트롤러(133)가 축적 데이터를 판독한다. 판독된 축적 데이터는 보정 연산 유닛(134)에 의해 보정된 데이터로 변환되어, 메모리(135)에 저장된다. 보정된 데이터로의 변환에 대한 상세한 사항은 후술한다. 그리고, 포커스 검출 연산 유닛인 상관 연산 유닛(136)은 메모리(135)에 저장되어 있는 보정된 데이터를 사용해서 상관 연산을 수행하여 위상차를 산출함으로써 포커스 검출 장치(100)의 포커스 상태를 검출한다.

여기에서, 도 2는 촬상 화면에 센서(122)의 포커스 검출 영역 센서가 중첩된 예를 나타낸다. 도 2는 포커스 검출 영역 센서(501 내지 503)를 나타낸다. 도 2의 좌측으로부터의 순서로 영역 센서 501, 502 및 503이 배치되고, 각 영역 센서는 자동 이득 제어(AGC) 회로(도시 생략)에 접속된다. 또한, 각 영역 센서는 도 3에 나타낸 바와 같이 복수의 화소로 형성된 라인 센서로 구성된다. 도 4는 피사체의 화상이 촬상될 때 촬상된 화상의 방식을 나타낸다. 이 피사체는 어두운 색의 배경 중의 밝은 색의 바(bar)이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 피사체인 밝은 색의 바는 영역 센서(501 및 502)에 걸쳐 위치된다. 제1 실시예는, 도 4에 나타낸 촬상 구조에서 피사체의 포커스 상태가 정밀하게 검출되는 경우를 설명한다.

도 5는 포커스 검출 장치(100)에 있어서의 포커스 검출 프로세스의 흐름을 나타내는 흐름도이다. CPU(130)는 메모리에 저장된 컴퓨터 프로그램(도시 생략)에 따라 프로세스를 제어한다.

전원이 포커스 검출 장치(100)에 공급되면, CPU(130)는 스텝 S101로부터 프로세스를 실행한다. 스텝 S101에서, 축적 컨트롤러(131)는 센서(122)의 영역 센서(501 내지 503)를 초기화하여 축적을 개시한다.

다음으로, 스텝 S102에서, 축적 시간 카운터(132)는 영역 센서(501 내지 503)의 축적 시간의 측정을 개시한다.

다음으로, 스텝 S103에서, 축적 컨트롤러(131)는 센서(122)의 영역 센서 중 어느 하나의 축적 완료를 기다린다. 센서(122)의 AGC 회로(도시 생략)는 각 영역 센서(501 내지 503)의 전하 축적 레벨을 감시한다. 전하 축적량이 축적 완료를 위한 AGC 임계값을 초과하는 적어도 하나의 영역 센서(제1 영역 센서)가 존재하는 경우에, AGC 회로는 축적 컨트롤러(131)로 축적 완료 신호를 출력한다. 축적 컨트롤러(131)가 축적 완료 신호를 검출하면, CPU(130)는 스텝 S103을 통해 스텝 S104로 진행한다.

스텝 S104에서, 축적 컨트롤러(131)는 스텝 S103에서의 축적을 완료한 영역 센서를 저장하고, 스텝 S105로 진행한다. 스텝 S105에서, 축적 시간 카운터(132)는 스텝 S103에서 축적을 완료한 영역 센서의 제1 축적 시간을 저장한다. 다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S106으로 진행한다.

스텝 S106에서, 축적 컨트롤러(131)는 스텝 S104에서 축적을 완료하고 저장된 영역 센서 이외의 각 영역 센서의 축적을 종료한다.

다음으로, 스텝 S107에서, 축적 시간 카운터(132)는 스텝 S105에서 제1 축적 시간이 저장된 영역 센서 이외의 영역 센서의 제2 축적 시간을 저장한다.

다음으로, 스텝 S108에서, 판독 컨트롤러(133)는 센서(122)로부터 각 영역 센서의 축적 데이터를 판독한다. 그리고, 스텝 S109에서, 보정 연산 유닛(134)은 제1 축적 시간 및 제2 축적 시간을 사용하여 스텝 S104에서 축적을 완료하고 저장된 영역 센서 이외의 영역 센서의 축적 데이터의 보정 연산을 수행한다. 그리고, 보정된 축적 데이터는 메모리(135)에 저장된다.

다음으로, 스텝 S110에서, 상관 연산 유닛(136)은 메모리(135)에 저장된 축적 데이터를 사용해서 영역 센서(501, 502)의 축적 데이터의 단편을 연결하고, 상관 연산을 수행하여 위상차를 산출한다. 그 후에, 프로세스 흐름은 다시 스텝 S101로 복귀한다. CPU(130)는 상술한 프로세스를 반복하여 실행한다.

여기에서, 도 5에 나타낸 흐름도의 내용을 설명하기 위해 구체적인 예가 사용된다.

도 6은 도 4에 나타낸 촬상 화면에 있어서, 센서(122)로부터 판독된 2개의 화상 신호의 화상 A 및 화상 B의 3개의 출력 파형 (a) 내지 (c)를 나타낸다. 도 6을 참조하여, 도 5에 나타낸 흐름도에 따라 구체적으로 설명한다.

스텝 S101, S102 및 S103은 상술한 바와 같다.

스텝 S103에서, 예를 들어, 각 영역 센서에서 축적의 완료를 기다린 후에 신호가 판독되는 경우, 각 영역 센서에 있어서 적어도 하나의 라인 센서의 전하 축적량이 소정의 AGC 레벨에 도달할 때까지 전하의 축적이 계속된다. 따라서, 도 6의 (a) 파형이 취득된다. 또한, 도 7의 (a) 부분은 영역 센서의 축적 시간의 예를 나타낸다. 화상 화상 A 및 화상 B 모두에서 휘도 레벨의 피크를 가지는 영역 센서(502)에서, 2.0 밀리초(이하, ms라 함)에서 축적이 처음으로 완료된다. 다음으로, 영역 센서(501)에서의 축적은 3.0ms에서 완료된다. 마지막으로, 영역 센서(503)에서의 축적은 100.0ms에서 완료된다. 이 경우에, 화상 A의 휘도 레벨의 피크 부근의 파형은 센서(122)의 영역 센서(501, 502)를 넘는다. 센서(122)의 영역 센서(501)는 영역 센서(502)보다 축적 시간의 차이인 1.0ｍs만큼 더 긴 축적을 수행한다. 따라서, 파형이 연결되었을 경우에, 영역 센서 간 경계에서 불연속이 발생한다. 그 때문에, 상관 연산이 수행되는 경우에, 화상 A의 피크 형상은 화상 B의 피크 형상과 다르다. 그 결과, 정확한 상관 연산 결과를 취득하는 것이 곤란하다.

따라서, 적어도 하나의 영역 센서의 축적이 완료되었을 때, 다른 모든 영역 센서의 축적이 종료된다. 이 경우에 취득되는 파형은 도 6의 (b) 부분에 나타낸 바와 같다. 도 6의 (b) 파형이 취득될 때까지의 프로세스를 설명한다. 또한, 각 영역 센서의 축적 시간이 도 7의 (b) 부분에 나타낸 바와 같은 경우의 예를 설명한다.

도 5의 스텝 S103에서, 영역 센서(502)에서 축적이 첫번째로 완료된다. 축적 컨트롤러(131)가 영역 센서(502)의 축적의 완료를 검출하면, 프로세스 흐름은 스텝 S103을 통해 스텝 S104로 진행한다. 스텝 S104에서, 축적 컨트롤러(131)는 축적을 완료한 영역 센서인 영역 센서(502)를 저장한다. 다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S105로 진행하고, 여기에서 축적 시간 카운터(132)는 영역 센서(502)의 축적 시간을 제1 축적 시간으로서 저장한다. 이 경우에, 도 7의 (b) 부분에 따라, 제1 축적 시간으로서 2.0ｍs가 저장된다. 다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S106으로 진행하고, 여기에서 축적 컨트롤러(131)는 축적을 수행하고 있는 영역 센서(501, 503)가 축적을 종료하도록 강제한다. 그리고, 프로세스 흐름은 스텝 S107로 진행하고, 여기에서 축적 시간 카운터(132)는 영역 센서(501, 503)의 축적 시간을 제2 축적 시간으로서 저장한다. 이 경우에, 도 7의 (b) 부분에 따르면, 제2 축적 시간으로서 2.1ms가 저장된다.

스텝 S108에서, 센서의 축적 데이터가 판독된다. 이 경우의 파형으로서, 상술한 도 6의 (b) 부분에서 나타낸 파형이 취득된다. 여기에서, 도 8은 영역 센서(501, 502)에 축적되는 데이터의 추이(transition)를 나타낸다. 도 8의 가로축은 축적 시간 카운터(132)에 의해 측정되는 축적 시간을 나타낸다. 도 8의 세로축은 센서(122)의 각 영역 센서에 축적되는 데이터를 나타낸다. 도 8에 따르면, 스텝 S103에서의 영역 센서(502)(제1 영역 센서)의 축적 종료의 검출로부터, 스텝 S106에서의 영역 센서(501, 503)의 축적 종료 처리의 완료까지의 시간 지연은 도 7의 (b) 부분에 나타낸 영역 센서(502)와의 시간차인 0.1ms이다. 이러한 시간 지연으로 인해, 각각의 영역 센서(501, 503)에 광전 변환 신호가 과잉 축적된다. 도 6의 (b) 부분에 나타낸 바와 같이, 화상 A는 영역 센서(501, 502) 간 경계에서 약간의 불연속을 갖는다. 본질적으로, 영역 센서(502)의 축적 완료와 동일한 시간에 영역 센서(501)의 축적을 종료시키는 것이 바람직하다. 따라서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 영역 센서(501)의 실제 데이터 Yreal이 존재한다.

스텝 S109에서, 영역 센서(502) 이외의 데이터인 영역 센서(501, 503)의 축적 데이터에 대하여 보정 연산이 수행된다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 실제 데이터 Yreal에 대해, 상술한 시간 지연 즉, 본 실시예에서는 0.1ms의 과잉 축적량을 보정하는 것으로 충분하다. 축적량은 축적 시간에 대하여 비례하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 제1 축적 시간 T1과, 제1 축적 시간과는 다른 제2 축적 시간 T2 사이의 비율을 제1 영역 센서 이외의 영역 센서의 각 화소의 판독된 축적량 Yread에 곱함(multiplying)으로써, 이하의 [식 1]로 표현되는 바와 같이, 제1 축적 시간 T1에서의 축적량 Yreal이 산출될 수 있다.

[식 1]

Yreal = Yread×T1/T2

상술한 시간 지연에 의해 과잉 축적되는 데이터는 센서로 입사하는 광량에 따라 상이한 영향도를 갖는다. 예를 들면, 영역 센서(502)의 축적 시간 2.0ms에 대하여 축적 데이터의 피크 레벨이 100이면, 시간 지연 0.1ms에 대해 축적되는 최대 축적 데이터는 5이고, 이는 최대 5%의 오차량을 발생시킨다.

단위 시간당 센서로 입사하는 광량은 휘도에 따라 다르다. 따라서, 동일한 시간 지연 0.1ms에 대해서도, 영역 센서 간 오차량은 휘도가 높을수록 더 커진다.

따라서, 높은 휘도의 촬상 환경에서, 높은 휘도의 피사체가 영역 센서 간 경계 근방에 있는 경우에, 시간 지연에서 축적되는 데이터는 커진다. 따라서, 영역 센서들이 연결될 때 불연속이 발생할 확률이 매우 크다.

도 5에 나타낸 흐름도에 대해 추가적으로 설명한다. 스텝 S109에서, 보정 연산 유닛(134)에 의해 [식 1]이 영역 센서(501, 503)에 적용되면, 도 6의 (c) 부분에 나타낸 보정된 축적 데이터가 취득된다. 도 6의 (c) 부분에 나타낸 데이터는, 영역 센서의 축적 데이터가 연결되었을 때에, 영역 센서 간 경계에 축적 데이터의 연속성을 제공할 수 있다. 그리고, 프로세스 흐름은 스텝 S110으로 진행하고, 여기에서 영역 센서(501 내지 503)의 축적 데이터의 단편들이 연결되어 상관 연산을 수행한다.

이러한 방식으로, 특정 영역 센서의 축적 종료의 검출 후에 다른 영역 센서의 축적 종료까지의 시간 지연동안 축적되는 데이터를 잘라냄으로써 본래의 원하는 축적 데이터가 취득될 수 있다. 그 결과, 상관 연산 결과의 정밀도가 향상될 수 있다.

[제2 실시예]

제1 실시예는, 모든 영역 센서(501 내지 503)가 상관 연산을 수행하는 데 사용되는 경우를 예시하였다. 제2 실시예는, 도 9에 나타낸 촬상 환경에서도 안정적으로 상관 연산을 수행할 수 있는 구성을 예시한다.

도 9에 나타낸 촬상예는, 피사체와 그 배후에 높은 휘도의 광원이 있는 촬상 환경이다. 이 경우에, 광원이 피사체보다 높은 휘도를 가지므로, 영역 센서(501 내지 503) 중에서 영역 센서(503)에서 축적이 첫번째로 완료된다. 제1 실시예가 적용되는 경우, 도 5의 스텝 S105에서, 도 10에 나타내는 센서의 축적 데이터가 판독 컨트롤러(133)에 의해 판독된다. 또한, 편의상 도 10은 도 6에서와 같이 화상 A 및 화상 B를 나타내지 않고 화상 A만을 나타낸다. 도 10에 나타낸 파형의 경우에, 대상이 되는 피사체에 대응하는 영역 센서(501, 502)의 축적 데이터의 콘트라스트가 취득될 수 없다. 따라서, 상관 연산 결과의 정밀도가 저하될 수 있다. 따라서, 대상 피사체가 존재하는 영역 센서에서 적절한 콘트라스트가 취득될 때까지 축적이 수행된 후에 데이터를 판독하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 실시예에서는, 이러한 촬상 조건에서도 안정적인 포커스 검출을 수행할 수 있는 포커스 검출 장치의 적용예를 설명한다. 구체적으로는, 피사체를 선택하기 위한 선택 스위치가 배치되어 대상 영역 센서가 선택되고, 대상 영역 센서의 축적 완료를 기다림으로써 피사체에 대응하는 축적 데이터를 적절한 콘트라스트로 추출할 수 있다.

도 11은 본 실시예의 구성도를 나타낸다. 제2 실시예의 구성은, 도 1에 나타낸 제1 실시예와 같은 구성에 추가하여, 임의의 피사체를 선택하기 위한 범위 선택기인 스위치(201)를 포함한다. 도 12는 스위치(201)에 의한 합초를 위해 피사체를 선택하기 위한 AF 프레임을 나타내는 촬상도를 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 피사체는 제1 실시예와 마찬가지로 영역 센서(501, 502)에 걸쳐 존재한다. 본 실시예에서는, 도 12에 나타낸 촬상 구조에 있어서 대상 피사체의 포커스 상태가 높은 정밀도로 검출되는 예를 설명한다.

도 13은 포커스 검출 장치(100)에 의해 수행되는 포커스 검출 프로세스를 나타내는 흐름도이다. CPU(130)는 메모리에 저장된 컴퓨터 프로그램(도시 생략)에 따라 프로세스를 제어한다.

전원이 포커스 검출 장치(100)에 공급되면, CPU(130)는 스텝 S201로 진행하여 스위치(201)에 의해 선택된 AF 프레임의 영역에 대응하는 센서를 식별한다. 도 12에 나타낸 촬상도에 따르면, 영역 센서(501, 502)가 이 경우에 선택된다.

다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S101로 진행하고, 여기에서 제1 실시예와 마찬가지로, 축적 컨트롤러(131)가 센서(122)의 전체 영역 센서의 축적을 개시한다. 그리고, 프로세스 흐름은 스텝 S102로 진행하고, 여기에서 축적 시간 카운터(132)는 축적 시간의 측정을 개시한다.

다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S202로 진행한다. 스텝 S202에서, 축적 컨트롤러(131)는 스텝 S201에서 선택된 AF 프레임에 대응하는 대상 영역 센서의 축적 완료를 기다린다. 우선, 영역 센서(503)의 축적이 완료된다. 영역 센서(503)에서 축적이 첫번째로 완료되는데, 이는 피사체의 배후에 광원이 존재하고, 영역 센서(503)가 피사체가 존재하는 영역 센서(501 또는 502)보다 높은 휘도를 갖기 때문이다.

여기에서, 도 13의 스텝 S202에서, 대상 영역 센서의 축적 완료까지의 프로세스에 대해서 도 10, 14 및 15를 참조하여 설명한다. 도 14는 각 프로세스에 있어서의 센서(122)의 각 영역 센서의 축적 데이터를 나타내는 도면이다. 도 15는 센서(122)의 각 영역 센서의 축적 시간을 나타낸다. 도 10은, 영역 센서(503)의 축적이 완료된 시점에서의 각 영역 센서의 축적 레벨을 나타낸다. 이 때의 영역 센서(503)의 축적 시간은 도 15에 나타낸 바와 같이 0.4ms이다. 영역 센서(503)는 스텝 S201에서 선택된 대상 영역 센서가 아니므로, 스텝 S202가 그 후에 반복하여 수행된다. 그리고, 도 14의 (a) 부분의 영역 센서(502)의 부분에 나타낸 바와 같이, 대상 영역 센서인 영역 센서(502)가 AGC 임계값에 도달하여 축적을 완료하고, 프로세스 흐름은 스텝 S104로 진행한다.

스텝 S104로부터 스텝 S108까지의 프로세스는 제1 실시예에서와 동일하다. 스텝 S104에서, 축적이 완료된 대상 영역 센서로서 영역 센서(502)가 축적 컨트롤러(131)에 의해 저장된다. 다음으로, 스텝 S105에서, 축적 시간 카운터(132)는 제1 축적 시간으로서 도 15에 나타낸 영역 센서(502)의 축적 시간 2.0ms를 저장한다. 그리고, 스텝 S106이 수행되고, 축적 컨트롤러(131)에 의해, 영역 센서(501)의 축적이 종료된다.

다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S107로 진행하고, 여기에서 제2 축적 시간으로서 영역 센서(501)의 축적 시간 2.1ms가 축적 시간 카운터(132)에 의해 저장된다. 이 경우의 각 영역 센서의 축적 시간이 도 15에 나타내어진다.

다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S108로 진행한다. 판독 컨트롤러(133)에 의해 판독되는 센서(122)의 축적 데이터는 도 14의 (a) 부분에 나타낸 바와 같다. 도 14의 (a) 부분에서, 영역 센서(502, 503)가 스텝 S202에서 AGC 임계값에 도달하여 축적을 완료하는 것이 나타내어진다. 그리고, 영역 센서(501)의 축적은 스텝 S202로부터 스텝 S106까지의 시간 구간, 즉 영역 센서(501, 502) 사이의 축적 시간의 차이값인 0.1ms 동안 수행된다. 따라서, 영역 센서(501, 502) 간 경계에서 축적 데이터에 불연속이 발생한다는 것이 이해된다.

다음으로, 프로세스 흐름은 스텝 S203으로 진행하고, 여기에서 대상 영역 센서의 보정 연산이 수행된다. 스텝 S201에서 설정된 대상 영역 센서인 영역 센서(501, 502) 사이에서, 스텝 S104에서 축적을 완료하고 저장된 영역 센서(502) 이외의 영역 센서인 영역 센서(501)에 대하여 보정 연산이 적용된다. 보정 연산의 식은 제1 실시예의 [식 1]에서 표현된 바와 같다. 이 보정 연산을 적용한 결과, 도 14의 (b) 부분이 취득된다.

그리고, 프로세스 흐름은 스텝 S204로 진행하고, 여기에서 스위치(201)에 의해 선택된 영역에 대응하는 데이터가 메모리(135)로부터 판독되고, 데이터의 단편들이 연결되어 상관 연산을 수행한다. 이 경우의 축적 데이터와 상관 연산 범위는 도 15의 (b) 부분에 나타낸 바와 같다.

CPU(130)는 스텝 S204를 실행한 후, 스텝 S201로부터 프로세스를 반복적으로 수행한다.

이러한 방식으로, 대상 피사체를 선택하는 유닛을 배치함으로써, 대상 영역 센서가 적절한 콘트라스트를 갖도록 축적을 수행할 수 있다. 그리고, 영역 센서 간 경계에 대한 보정 유닛에 의해, 대상 피사체에 대응하는 영역에서 적절한 축적 데이터를 추출할 수 있어, 상관 연산 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예를 상술하였지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 분명하다.

예를 들면, 제1 실시예 및 제2 실시예에 설명된 프로세스를 조합할 수 있다. 또한, 복수의 촬상 장면을 지원하기 위해 스위치 유닛에 의해 프로세스를 스위칭할 수 있다.

또한, 제1 실시예 및 제2 실시예는, TTL 위상차 방법에서의 구성예를 설명하지만, 하프 미러(121)를 사용하지 않고도, 센서(122)가 포커스 검출 장치(100)의 외부에 배치되고 외부 빔이 포커스 포인트를 검출하는 데 사용되는 외부 측정 방법의 구성에 의해서 동일한 효과가 획득될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 3개의 영역 센서로 형성된 영역 센서가 사용되었지만, 영역 센서의 개수가 한정되지 않는다는 것은 분명하다. 복수의 영역 센서가 세로 방향이나 가로방향으로 배치되는 구성에도 본 발명은 적용될 수 있다. 하지만, 본 발명의 보정 연산 후에, 상관 연산을 수행하기 위해 데이터의 단편들이 연결되면, 연결되는 영역 센서가 서로 인접하는 것이 바람직하다. 연결되는 영역 센서 사이의 간격이 있는 경우에는, 센서에 형성되는 화상의 데이터와 포커스 거리 사이의 관계에 기초하여 간격을 변환할 수 있고, 상관 연산을 수행하기 위해 데이터의 단편들을 연결할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 스위치(201)를 제외한 개별 구성 요소가 포커스 검출 장치(100) 내에 배치되지만, 구성 요소는 다른 디바이스에 분산될 수도 있다. 또한, 축적 컨트롤러(131), 축적 시간 카운터(132), 판독 컨트롤러(133), 보정 연산 유닛(134), 메모리(135) 및 상관 연산 유닛(136)이 단일 CPU(130) 내에 배치되지만, 유닛들은 상이한 CPU 및 연산 유닛에 분산될 수 있거나, 하드웨어에 의해 구성될 수 있거나, 포커스 검출 장치(100) 외부에 구성될 수도 있다.

또한, 제1 실시예에 있어서, 도 5에 나타낸 스텝 S101과 스텝 S102 사이의 시간 지연, 스텝 S103과 스텝 S105 사이의 시간 지연 및 스텝 S106과 스텝 S107 사이의 시간 지연 중 일부는 무시될 수 있다고 설명했다. 또한, 제2 실시예에 있어서, 도 13의, 스텝 S101과 스텝 S102 사이의 시간 지연, 스텝 S202와 스텝 S105 사이의 시간 지연 및 스텝 S106과 스텝 S107 사이의 시간 지연 중 일부가 무시될 수 있다고 설명했다. 그러나, 엄밀한 의미에서는, 구성 방법에 따라서 시간 지연을 생성하는 부분이 있어, 각 영역 센서의 실제 축적 시간을 측정하는 것이 곤란할 수 있다. 따라서, 시간 지연이 미리 알려진 경우에는 보정 연산에 대한 [식 1]에서 제1 축적 시간이나 제2 축적 시간에 대한 오프셋이나 계수를 제공할 수 있다. 또한, 제1 축적 시간이나 제2 축적 시간이 엄밀하게 측정될 수 없는 경우에는, 설계 상의 지연 시간이나, 다른 유닛에 의해 측정된 축적 시간의 영역 센서 간의 시간차가 보정 연산에 대한 [식 1]에 상수로서 미리 포함될 수도 있다. 즉, 제1 축적 시간에 소정의 시간차를 가산한 시간이 제2 축적 시간으로서 설정될 수도 있다.

또한, 제2 실시예에 있어서는, 대상 영역 센서를 선택하는 데 스위치(201)가 사용되고, 도 13의 스텝 S101에서 모든 영역 센서의 축적이 개시되지만, 스텝 S201에서 설정된 대상 영역 센서에서만 축적을 수행할 수도 있다. 또한, 도 13의 스텝 S204에서, 스위치(201)에 의해 선택된 영역에서만 상관 연산이 수행되지만, 상관 연산을 수행하기 위해, 스위치(201)에 의해 선택된 영역이 속하는 모든 영역 센서를 사용할 수도 있다.

또한, 제2 실시예는, 대상 영역이 선택되고, 높은 휘도의 광원 등이 있는 경우에도 대상 영역의 축적 완료를 기다리는 예를 설명하지만, 대상 영역을 선택하지 않고도 동일한 효과를 획득할 수도 있다. 구체적으로는, 이하의 프로세스가 수행될 수 있다. 우선, 축적 시간의 임계값이 설정된다. 그리고, 축적이 축적 시간의 임계값보다 짧은 시간에 완료된 경우에는, 짧은 시간 구간에 축적을 완료한 센서(영역 센서)로 높은 휘도의 광원(피사체)으로부터의 광이 입사한다고 판정된다. 여기에서, 높은 휘도의 광원으로부터의 광을 수광하는 것으로 판정된 센서의 축적이 완료되어도, 다른 센서(영역 센서)에서의 축적을 계속할 수 있다. 또한, 높은 휘도의 광원으로부터의 광을 수광하는 것으로 판정된 센서는 당연히도 1개에 한정되지 않고 복수일 수 있다. 또한, 축적 시간의 임계값은 촬영자에 의해 임의로 설정될 수 있거나, 영역 센서로 입사하는 광량(피사체 화상, 또는 촬상 소자 상의 피사체 화상, 촬상 소자 상의 광량)에 기초하여 본 발명의 장치에 의해 자동적으로 도출될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 포커스 검출 장치는 복수의 영역에 걸친 피사체의 포커스 검출을 높은 정밀도로 짧은 시간 구간에서 수행할 수 있게 한다. 또한, 포커스 검출 장치를 촬상 장치에 제공함으로써, 본 발명의 효과를 갖는 촬상 장치를 구현할 수 있다.

실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 수정 및 동등한 구성 및 기능을 포함하도록 최광의의 해석에 따라야 한다.

Claims (9)

1. 포커스 검출 장치로서,
   복수의 화소를 각각 갖는 복수의 센서를 포함하는, 전하 축적형의 광전 변환 유닛;
   상기 광전 변환 유닛의 전하 축적을 제어하기 위한 축적 컨트롤러;
   상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 중 제1 센서의 전하 축적 개시부터 전하 축적 종료까지의 축적 시간을 측정하기 위한 축적 시간 측정 유닛;
   상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 중 제2 센서의 광전 변환 신호의 보정 연산을 수행하기 위한 보정 연산 유닛; 및
   상기 제1 센서의 광전 변환 신호 및 상기 보정 연산 유닛에 의해 보정된 상기 제2 센서의 광전 변환 신호를 사용해서 포커스 검출 연산을 수행하기 위한 포커스 검출 연산 유닛을 포함하고,
   상기 축적 컨트롤러는, 상기 제1 센서에서의 축적 완료의 신호를 검출한 후에, 상기 제2 센서의 전하 축적을 종료하게 하고,
   상기 보정 연산 유닛은, 상기 제1 센서의 축적 시간인 제1 축적 시간과 상기 제2 센서의 축적 시간인 제2 축적 시간에 기초하여 상기 제2 센서의 광전 변환 신호의 보정 연산을 수행하는, 포커스 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보정 연산 유닛은, 상기 제1 축적 시간과 상기 제2 축적 시간 사이의 비율을 상기 제2 센서의 광전 변환 신호로 곱함으로써 보정 연산을 수행하는, 포커스 검출 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 중에서, 첫번째로 전하 축적이 완료된 센서가 상기 제1 센서로서 간주되는, 포커스 검출 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 축적 시간은, 상기 축적 컨트롤러에 의해 축적이 종료된 상기 제2 센서의 축적 시간인, 포커스 검출 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 축적 시간은, 상기 제1 축적 시간에 미리 결정된 값을 가산함으로써 취득된 값을 갖는, 포커스 검출 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 중 임의의 센서들을 선택하기 위한 범위 선택기를 더 포함하고,
   상기 범위 선택기에 의해 선택된 센서들 중에서 첫번째로 축적이 완료된 센서가 상기 제1 센서로서 간주되는, 포커스 검출 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 포커스 검출 연산 유닛은, 위상차 방법에 의해 초점(focal point)을 검출하는, 포커스 검출 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 광전 변환 유닛의 복수의 센서 중 임의의 센서들을 선택하기 위한 범위 선택기를 더 포함하고,
   보정된 광전 변환 신호는, 상기 제2 센서에 의해 얻어진 광전 변환 신호들 중에서 상기 범위 선택기에 의해 선택된 상기 제2 센서에 의해 얻어지고 상기 보정 연산 유닛에 의해 보정된 광전 변환 신호를 포함하고,
   상기 포커스 검출 연산 유닛은, 상기 범위 선택기에 의해 선택된 상기 제1 센서의 광전 변환 신호와 상기 보정된 광전 변환 신호를 이용하여 포커스 검출 연산을 수행하는, 포커스 검출 장치.
9. 제1항에 따른 포커스 검출 장치를 포함하는, 촬상 장치.
   

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