KR101469400B1

KR101469400B1 - 화상 센서 및 화상 촬상 장치

Info

Publication number: KR101469400B1
Application number: KR1020137011980A
Authority: KR
Inventors: 데루유키 오카도
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2014-12-04
Also published as: KR20130094338A; JP2012090118A; JP5739640B2; WO2012053363A1; CN103168463A; US20130201383A1; US8988593B2; CN103168463B

Abstract

화상 센서는, 컬러 필터들에 의해 덮어지고, 제1 방향, 및 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 2차원으로 배치된 복수의 화소, 및 복수의 화소 각각으로부터의 신호를 판독하는 제1 판독 방법과, 동일 컬러의 컬러 필터에 의해 덮어진 미리 결정된 수의 화소를 포함하는 각각의 화소 그룹 내의 제1 방향으로 신호들을 가산해서 판독하는 제2 판독 방법 간에 전환하여 판독할 수 있는 판독 수단을 포함한다. 복수의 화소는, 이산적으로 배치된, 제1 초점 검출용 화소들의 복수의 화소 그룹 및 제2 초점 검출용 화소들의 복수의 화소 그룹을 포함하고, 제1 초점 검출용 화소들과 제2 초점 검출용 화소들은 다른 사출 동공 영역들을 투과한 광을 수광하도록 제2 방향으로 다른 측들에서 부분적으로 차광된다.

Description

화상 센서 및 화상 촬상 장치{IMAGE SENSOR AND IMAGE CAPTURING APPARATUS}

본 발명은 정지 화상 및 동화상을 촬영할 수 있는 화상 센서로부터 얻어진 신호에 기초하여 위상차 검출 방법에 의해 초점 검출을 행할 수 있는 화상 센서 및 화상 촬상 장치에 관한 것이다.

화상 촬상 장치의 자동 초점 검출/조절 방법들 중에서, 촬영 렌즈를 통과한 광속을 이용하는 일반적인 방법들은 콘트라스트 검출 방법(블러 기반의 방법(blur-based method)이라고도 일컬어짐)과 위상차 검출 방법(시프트 검출 방법이라고도 일컬어짐)을 포함한다.

콘트라스트 검출 방법은 무비 촬영용의 비디오 무비 카메라들 및 전자 스틸 카메라들에 자주 이용되고, 화상 센서를 초점 검출 센서로서 이용한다. 이 방법은 화상 센서의 출력 신호, 특히 고주파 성분에 포함된 정보(콘트라스트 정보)에 주목하고, 출력 신호의 평가값을 최대화하는 촬영 렌즈의 위치를 합초-포인트(in-focus point)라고 여긴다. 그러나, 힐-클라이밍 방법(hill-climbing method)이라고도 알려진 이 방법은, 촬영 렌즈를 미소하게 움직임으로써 평가값을 구하고, 그 평가값이 최대값이라고 판명될 때까지 촬영 렌즈를 계속 움직이는 것이 필요하기 때문에, 이 방법은 고속 초점 조절 동작에 부적합하다고 생각된다.

다른 방법, 즉, 위상차 검출 방법은, 할로겐화은 필름(silver-halide film)을 이용하는 단일-렌즈 리플렉스 카메라들(single-lens reflex cameras)에 자주 이용되고, 자동 초점(Auto Focus: AF) 단일-렌즈 리플렉스 카메라의 상용화에 가장 많이 공헌한 기술이다. 위상차 검출 방법에 의하면, 우선, 촬영 렌즈의 사출 동공을 통과한 광속을 2개의 스트림으로 분할하며, 이들은 그런 다음 한 쌍의 초점 검출 센서들에 의해 수광된다. 그 후, 초점 검출 센서들에 의해 수광된 광량에 따라 출력되는 신호들 사이의 편차량들, 즉, 광속의 분할 방향에서의 상대적 위치어긋남량들을 검출함으로써, 위상차 검출 방법은 촬영 렌즈의 포커싱 방향의 편차량을 직접 결정한다. 따라서, 초점 검출 센서들이 일단 데이터를 축적하면, 디포커스의 양과 방향이 얻어지고, 고속 초점 조절 동작이 가능하게 된다. 그러나, 촬영 렌즈의 사출 동공을 통과한 광속을 2개의 스트림으로 분할하고, 그 결과의 2개의 광속에 대응하는 신호들을 얻기 위해서, 화상 센싱 광로에 퀵 리턴 미러(quick return mirror) 또는 하프 미러 등의 광 분할 유닛을 설치하고, 광 분할 수단 뒤에 초점 검출 광학계와 AF 센서를 설치하는 것이 일반적이다. 이것은 장치의 크기와 비용을 증가시키는 결점이 있다.

상기의 결점을 해소하기 위해서, 화상 센서에 위상차 검출 기능을 부여하여, 전용의 AF 센서의 필요성을 제거하고, 고속의 위상차 AF를 실현하는 기술도 개시되었다.

예를 들면, 일본 공개 특허 제2000-292686호 공보는 화상 센서의 일부의 화소들의 수광 유닛들을 2 부분으로 분할함으로써 동공 분할 기능을 화상 센서에 부여하는 기술을 개시한다. 이 기술은 이 화소들을 초점 검출용 화소들로서 화상 센싱 화소들 내에 소정의 간격들로 배치함으로써 위상차 초점 검출을 실행한다. 이 기술은, 초점 검출용 화소들이 배치된 위치들에 화상 센싱 화소들이 결손되기 때문에, 주변의 화상 센싱 화소들로부터 얻어지는 정보를 이용하여 보간에 의해 화상 정보를 생성한다.

한편, 단일-렌즈 리플렉스 카메라들에 있어서도, 화상 센싱 매체로서, 할로겐화은 필름 대신에 CCD 및 CMOS 센서 등의 고체 화상 센서들을 이용하는 것이 일반화되었다. 그 결과, 광학 파인더뿐만 아니라, 전자 뷰파인더 모드 및/또는 무비 기록 모드를 구비한 제품들도 시장에 등장하였다. 전자 뷰파인더 모드는 퀵 리턴 미러를 화상 센싱 광로로부터 퇴피시켜서 동화상을 촬상하고, 촬상된 동화상을 본체에 설치된 표시 장치(현재, 일반적으로 액정 표시 장치가 사용됨)에 표시함으로써, 유저가 피사체를 관찰하게 한다. 또한, 이러한 카메라는 정지 화상뿐만 아니라 무비 기록 모드에서의 동화상을 기록 매체에 기록할 수 있다. 원활한 화면 표시를 가능하게 하기 위해서 프레임 속도를 중시하는 무비 촬영 동안에는, 정지 화상에 사용되는 화소들 중 일부를 판독하지 않음으로써 프레임 속도를 향상시킨다.

한편, 무비 표시 동안의 화질을 향상시키고 저휘도에서의 감도를 향상시키기 위해서, 일본 공개 특허 제2003-189183호 공보는 화소 스킵핑 모드(pixel skipping mode)와 화소 비닝 모드(pixel binning mode) 간의 전환에 의해 출력을 생성할 수 있는 화상 센서를 제안한다. 즉, 피사체의 고휘도 때문에 스미어(smear)가 발생하기 쉬울 때 화소 스킵핑 모드를 사용하는데 반해, 피사체의 높은 공간 주파수 때문에 무아레(moire)가 발생하기 쉬울 때 무아레 감소를 위해 화소 비닝 모드에서 판독하는 것이 제안되어 있다.

그러나 전술한 공지 기술들은 다음과 같은 결점들을 갖는다.

일반적으로, 원활한 화면 표시가 중요한 전자 뷰화인더 및 무비 모드들에 있어서 정지 화상들보다 높은 해상도가 필요하지 않다. 그러므로, 전자 뷰화인더 및 무비 모드에 있어서는, 고체 화상 센서를 화소 스킵핑 또는 화소 비닝에 의해 판독함으로써 화상들을 생성하여, 프레임 속도를 향상시키는 것이 일반적이다. 이 경우에, 일본 공개 특허 제2000-292686호 공보에 기재된 초점 검출용 화소들의 배치에 의해, 고체 화상 센서가 화소 스킵핑에 의해 판독될 때 초점 검출용 화소들이 판독되지 않음으로써, 위상차 방법을 사용하여 초점을 검출하는 것이 불가능해지는 경우들이 있을 수 있다.

초점 검출용 화소들을 스킵되지 않는 행들(또는 열들)에 배치함으로써, 화소 스킵핑시에도 반드시 초점 검출용 화소들이 판독되는 것을 보장하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 일본 공개 특허 제2003-189183호 공보에 제안된 기술 등과 같이, 동화상 판독 동안 장면에 따라 화소 스킵핑 모드와 화소 비닝 모드 간에 전환하는 기술은 다음의 문제들을 나타낸다. 즉, 화소 스킵핑에 의해 적절하게 판독될 수 있는 초점 검출용 화소들은, 초점 검출용 화소들에 통상 화소들이 가산되는 화소 비닝에 의해 적절하게 판독될 수 없다.

또한, 화소 비닝 모드에서, 통상 화소들과 초점 검출용 화소들의 조합을 포함하는 화소 그룹들의 경우에, 초점 검출용 화소들만을 판독하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이것은 제어선들의 배선 레이아웃이 복잡해지게 되는 문제를 갖는다.

본 발명은 상기의 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 배선 레이아웃을 복잡화하는 일 없이, 화소 비닝 동안에 초점 검출용 화소들로부터의 신호들을 통상 화소들로부터의 신호들과 별도로 판독할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 화상 센서로서, 컬러 필터들에 의해 덮어지고, 제1 방향, 및 제1 방향에 수직인 제2 방향에 2차원으로 배치된 복수의 화소, 및 복수의 화소 각각으로부터의 신호를 판독하는 제1 판독 방법과, 동일 컬러의 컬러 필터에 의해 덮어진 미리 결정된 수의 화소로 이루어진 각각의 화소 그룹 내의 제1 방향에 있어서 신호들을 가산해서 판독하는 제2 판독 방법 간에 전환하여 판독할 수 있는 판독 수단을 포함하고, 복수의 화소는, 이산적으로 배치된, 제1 초점 검출용 화소들의 복수의 화소 그룹 및 제2 초점 검출용 화소들의 복수의 화소 그룹을 포함하고, 제1 초점 검출용 화소들과 제2 초점 검출용 화소들은 다른 사출 동공 영역들을 투과한 광을 수광하도록 제2 방향에 있어서 다른 측들에서 부분적으로 차광되는, 화상 센서가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 화상 촬상 장치로서, 전술한 화상 센서, 제1 초점 검출용 화소들 및 제2 초점 검출용 화소들의 판독된 신호들로부터 각각 얻어진 2개의 화상 간의 위상차에 기초하여 초점 상태를 검출하도록 구성된 검출 수단, 및 검출된 초점 상태에 기초하여 초점을 조절하도록 구성된 초점 조절 수단을 포함하는 화상 촬상 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징들은 (첨부 도면을 참조하여) 하기의 예시적인 실시 형태들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시 형태들을 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1a 내지 도 1c는 제1 실시 형태에 따른 화상 센서 내의 일부 화소들의 화소 배치의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 화상 센서 내의 일부 화소들의 배선을 도시한 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 화상 센서 내의 일부 화소 셀들의 상세도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 열 회로의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 화상 센서의 구동 타이밍 차트이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 화상 센서의 다른 구동 타이밍 차트이다.
도 7a 내지 도 7c는 제2 실시 형태에 따른 화상 센서 내의 일부 화소들의 화소 배치의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 화상 센서의 구동 타이밍 차트이다.
도 9a 내지 도 9c는 제3 실시 형태에 따른 화상 센서 내의 일부 화소들의 화소 배치의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 열 회로의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 화상 센서의 구동 타이밍 차트이다.
도 12는 제4 실시 형태에 따른 화상 촬상 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13은 제4 실시 형태에 따른 화상 촬상 장치에 의해 수행되는 촬영 처리의 플로우챠트이다.

첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시 형태들의 예를 상세하게 설명한다. 본 형태들에 있어서 나타내어지는 구성 부품들의 치수, 형상, 및 상대 위치는 본 발명에 적용되는 장치의 구성 및 각종 조건들에 의존하여 편의에 따라 변경될 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기술된 실시 형태들에 한정되지 않는다.

<제1 실시 형태>

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 화상 센서 내의 일부 화소들의 화소 어레이의 예를 도시한 도면이며, 더 구체적으로는, CMOS 고체 화상 센서의 화소 배치의 예를 도시한 도면이다.

도 1a에 나타낸 바와 같이, 여기에서는, x 방향(수평 방향)에 0 내지 16의 17 화소, y 방향(수직 방향)에 0 내지 13의 14 화소가 2차원으로 배치되고, 각 화소 위에는 R(적색), G(녹색), 및 B(청색) 컬러 필터들이 베이어 패턴(Bayer pattern)으로 배치된다고 가정한다. 실제의 화상 센서에 있어서는 차광(optical black: OB) 화소들 등을 포함하고, 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 것보다 많은 수의 화소가 배치되지만, 설명을 간략화하기 위해서, 여기에서는 전술한 바와 같이 17×14 화소들이 배치된다고 가정한다.

도 1a의 화소 배치의 예에 있어서, x, y 좌표가 (4, 6), (4, 8), 및 (4, 10)인 화소들은 본래 R 화소들이고, x, y 좌표가 (7, 9), (7, 11), 및 (7, 13)인 화소들은 본래 B 화소들이다. 제1 실시 형태에 따르면, 이 화소들은 초점 검출용 화소들로서 사용되고, G 컬러 필터가 제공되거나 또는 컬러 필터가 제공되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 본 실시 형태에서 참조되는 도면들에는 본래의 베이어 어레이에서의 컬러들을 나타내는 기호들(R 및 B)을 붙인다. 이 화소들의 수광 유닛들을 수평 방향에서 부분적으로 차광함으로써 수평 동공 분할 기능이 이 화소들에 제공된다. 그러면, 초점 검출용 화소들은, 화상 센싱 화소들 사이에 소정의 간격들로 배열될 때, 위상차 초점 검출을 위해 필요한 신호들을 제공할 수 있다. 도 1a 내지 도 1c의 예들에 있어서, 수평 방향의 위상차를 검출하기 위해서, 다른 사출 동공 영역들을 투과한 광을 수광하도록 구성된 다수의 쌍의 초점 검출용 화소들은 수평 방향으로 소정의 간격들로 배치된다. 다른 사출 동공 영역들을 투과한 광을 수광하기 위해서, x, y 좌표가 (4, 6), (4, 8), 및 (4, 10)인 화소들은 x, y 좌표가 (7, 9), (7, 11), 및 (7, 13)인 화소들과는, 차광되는 영역이 반대이다. 이러한 초점 검출용 화소 그룹들의 쌍들이 화상 센서에 있어서 이산적으로 배치된다.

도 1b는 도 1a의 17×14 화소 배치도의 제4열과 제7열의 동일 컬러의 3 화소의 전하가, 베이어 배치의 컬러 중심(color barycenter)을 고려하여 어떻게 수직 방향에 있어서 함께 가산(이하, 수직 동일 컬러 3 화소 가산이라고 일컬어짐)되는지를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1c는 제6행, 제8행, 및 제10행의 화소 행들 및 제9행, 제11행, 및 제13행의 화소 행들에서 수직 동일 컬러 3 화소의 가산 후에 베이어 배치의 컬러 중심을 고려하여 수평 방향에 있어서 화소들 중 1/3의 전하가 어떻게 판독(이하, 수평 1/3 판독이라고 일컬어짐)되는지를 나타내는 도면이다. 이 예에 있어서, 수직 화소 가산 및 수평 화소 스킵핑 후에 신호들이 화상 센서로부터 판독된다(수평 화소수 및 수직 화소수가 둘 다 1/3로 감소됨).

여기서 주목해야 할 점은, 수직 동일 컬러 화소 가산이 행해지는 3 화소 모두가 초점 검출용 화소들(위상차 검출을 위해 동일 측에 차광부를 가짐)이라는 점이다. 이러한 구성은 수직 동일 컬러 3 화소 가산 동안에 통상 화소들의 신호들과 초점 검출용 화소들의 신호들이 혼합되는 것을 방지할 수 있게 한다.

한편, 제6행, 제8행, 및 제10행의 R 화소들에 수평 동일 컬러 화소 가산을 적용한다고 가정하면, 베이어 배치의 컬러 중심을 고려하여 제2열, 제4열, 및 제6열의 화소들을 함께 가산할 것이다. 전술한 수직 화소 가산의 경우와 같이, 제2열, 제4열, 제6열의 화소들을 초점 검출용 화소들에 의해 치환되는 제2열 및 제6열의 화소들과 가산하는 것을 생각할 수 있지만, 수평 위상차들을 검출하는 관점에서, 이러한 수평 화소 가산은 바람직하지 않다. 그러므로, 본 실시 형태에 따르면, 화소 스킵핑 동작이 수평 방향으로 수행된다. 즉, 수평 위상차들을 검출하기 위해서, 수직 방향으로 초점 검출용 화소들을 배치해서 가산한다.

수직 화소 가산 및 수평 화소 스킵핑의 결과로서 생성된 화소 출력들 중, 초점 검출용 화소들로부터의 화소 출력들을 추출해서 촬영 렌즈의 초점 검출을 위해 사용하고, 초점 검출용 화소들 이외의 화소들로부터의 화소 출력들을 사용하여 피사체의 화상을 생성한다. 이때, 초점 검출용 화소들의 위치들로부터의 화상 신호들은 주변의 화상 센싱 화소들의 신호들로부터 보간된다.

상기 설명에서 사용된 "가산"이라는 용어는 "산술 평균" 및 "가중 평균" 등을 포함하지만, 복수의 화소 신호를 가미해서 단위 화소 신호를 생성하는 기술들은 이 방법들에 한정되지 않는다.

도 2는 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 바와 같이 배치된 화소들 중 일부 화소들과, 화소들의 판독 회로를 포함하는 화상 센서의 배선을 도시한 도면이다. x, y 좌표가 (2, 6) 내지 (7, 15)인 화소들이 여기에 도시된다. 도 1a 내지 도 1c의 경우와 같이, x, y 좌표가 (4, 6), (4, 8), 및 (4, 10)인 화소들 및 x, y 좌표가 (7, 9), (7, 11), 및 (7, 13)인 화소들은 초점 검출용 화소들이다. 수직 3 화소 가산을 행하기 위해서, 파선으로 나타내어진 화소 그룹 a, b, c, 및 d 각각마다 화소들이 가산된다. 이 화소 그룹들 중 화소 그룹 a, b, 및 c 각각으로부터의 화소 신호들의 가산을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

수직 3 화소 가산이 행해진 각각의 화소 그룹으로부터의 화소 신호들은 개별적으로 또는 가산된 신호로서 셀렉트 트랜지스터들 Tsel을 통해 수직 출력선 Vline에 출력된다. 도 2에 나타내는 배선에 의해, 동일 열 내의 다른 컬러들의 화소들은 다른 수직 출력선들, 수직 출력선 부하로서의 전류원들(200), 및 열 회로들(230, 231)에 접속되고, 수직 주사 회로(421)에 의해 제어된다. 따라서, 2개의 행으로부터의 신호들은 다른 수직 출력선들 Vline에 동시에 판독된다. 열 회로들(230, 231)에 의해 판독된 화소 신호들은 수평 주사 회로들(400, 401)에 의해 순차로 판독 증폭기들(216, 217)에 전송되고 외부에 출력된다.

도 3은 도 2에 도시된 화소 그룹 a, b, 및 c의 상세, 즉 도 1a 내지 도 1c에 있어서 x, y 좌표가 (2, 6), (2, 8), 및 (2, 10)인 화소들, (4, 6), (4, 8), 및 (4, 10)인 화소들, 및 (6, 6), (6, 8), 및 (6, 10)인 화소들의 상세를 도시한다. 각각의 화소들의 포토다이오드들 PD00 내지 PD44로부터의 신호들은 각각의 전송 트랜지스터들 Tx00 내지 Tx44를 통해 부유 확산부들 Cfd에 전송될 수 있고, 각각의 부유 확산부 Cfd는 수직 방향의 3 화소의 그룹에 의해 공유된다. 부유 확산부들 Cfd에 전송된 신호들은 전원 VDD에 드레인들이 접속된 소스 팔로워 증폭기들 Tsf를 통해, 그리고 셀렉트 트랜지스터들 Tsel을 통해 수직 출력선들 Vline에 판독된다. 부유 확산부들 Cfd는 리세트 트랜지스터들 Tres를 통해 전원 VDD에 접속됨으로써 리세트되는데 반해, 화소들 PD00 내지 PD44는 전송 트랜지스터들 Tx00 내지 Tx44 및 리세트 트랜지스터들 Tres를 통해 전원 VDD에 접속됨으로써 리세트된다.

리세트 트랜지스터들 Tres, 셀렉트 트랜지스터들 Tsel, 및 전송 트랜지스터들 Tx00 내지 Tx44는 도 2에 도시된 수직 주사 회로(421)로부터 출력되는 Pres024, Psel024, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4에 의해 행 단위로 제어된다.

도 3의 구성에 의해, 예를 들면, Ptx_2에 의해 Tx02, Tx22, 및 Tx42만이 턴온된다면, 제8행의 화소들 PD02, PD22, 및 PD42로부터의 신호들은 독립적으로 각각의 부유 확산부들 Cfd에 전송된다. 또한, 예를 들면, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4에 의해 Tx00 내지 Tx44가 모두 턴온된다면, 수직 방향의 3 화소로부터의 신호들이 각각의 부유 확산부들 Cfd에 전송되어, 수직 3 화소 가산이 실현되게 한다.

도 4는 도 2에 도시된 열 회로(230)를 상세하게 도시한 도면이다. 열 회로(231)는 열 회로(230)의 구성과 마찬가지의 구성을 갖는다. 설명의 목적상, 도 4는 도 2의 베이어 어레이로 배열된 화소들 중 화소 그룹 a, b, 및 c를 포함하는 R 화소들로부터의 신호들을 판독하는 열 회로(230)만을 나타낸다.

화소들로부터의 출력들은 전류원 부하들(200)과 접속된 수직 출력선들을 통하여 열 회로(230) 내의 커패시터들(201)에 입력된다. 참조 번호 203은 연산 증폭기들을 나타내고, 연산 증폭기들은 각각의 피드백 커패시터들(202)과 커패시터들(201)에 의해 반전 증폭기들을 구성한다. pc0r 신호(도시되지 않음)에 의해 제어되는 아날로그 스위치(도시되지 않음)에 의해 피드백 커패시터들(202)이 양단부에서 단락될 때, 커패시터들(201, 202) 및 후단의 유지 커패시터들(210, 211)이 리세트된다. 연산 증폭기들(203)의 출력들은 pts 및 ptn 펄스들에 의해 구동되는 아날로그 스위치들(208, 209)을 통해 각각의 유지 커패시터들(210, 211)에 유지된다. 부유 확산부들 Cfd가 리세트된 직후에 생성되는 신호들은 유지 커패시터들(211)에 유지되는데 반해, 화소들로부터의 신호들이 부유 확산부들 Cfd에 전송된 직후에 생성되는 신호들은 유지 커패시터들(210)에 유지된다고 가정한다.

1행의 화소 신호들이 열 단위로 유지 커패시터들(210, 211)에 유지될 때, 수평 주사 회로(400)에 의해 ph(n) 펄스들이 순차 구동됨으로써, 아날로그 스위치들(214, 215)이 개폐된다. 그 결과, 후단의 차동형 판독 증폭기(216)에 화소 신호들이 입력되어 외부에 출력된다.

아날로그 스위치들(241 내지 244)은 인접 열들의 동일 컬러의 화소들의 유지 커패시터들을 상호 접속하기 위해 사용되고, phadd 펄스에 의해 구동된다. 이 아날로그 스위치들(241 내지 244)이 일단 턴온된 후에 턴오프되면, 유지 커패시터들(210, 211)에 유지된 전위들이 인접 열들의 평균 전위들로 갱신된다.

수평 주사 회로(400)는 모드(mode) 신호를 체크하여 열 화소 스킵핑이 수행될 것이라고 판정되면, ph(n) 신호들을 스킵핑함으로써 소정 열들의 신호들만을 판독 증폭기(216)로부터 판독할 수 있도록 설계된다.

판독 동작을 다음과 같이 변경하도록, 즉, 예를 들면, 모드 신호가 순차 주사를 나타낸다면, 수평 주사 회로(400)는 제0열, 제2열, 제4열, 제6열, 제8열, ...에 신호들을 출력하고, 모드 신호가 화소 스킵핑 또는 화소 가산을 나타낸다면, 수평 주사 회로(400)는 제4열, 제10열, 제16열, ...에 신호들을 출력하도록, 미리 설정한다.

상기 구성 및 구동을 사용하여 다른 컬러들의 신호들이 별개의 판독 회로들로부터 판독되지만, 후단의 처리 회로(도시되지 않음)에 의해 화상 센서에서와 동일한 화소 순서로 재배열된다.

도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 화상 센서를 구동하기 위한 구동 타이밍 차트이며, 화소 가산 및 화소 스킵핑을 사용하지 않고, 모든 화소들을 주사하기 위한 타이밍을 나타낸다. 그러나, 설명을 간략화하기 위해서, 모든 화소들을 리세트하고 모든 화소들로부터의 신호들의 축적을 개시하는 타이밍들은 생략하고, 도 2에 있어서의 화소 그룹 a, b, 및 c의 주사 동작을 위한 타이밍들만을 나타낸다. 또한, 도 5에 있어서 관련 트랜지스터들 및 스위치들은 신호들이 Hi 상태일 때 턴온되고, 신호들이 Low 상태일 때 턴오프된다고 가정된다.

우선, Pres_024가 Hi로부터 Low로 변화할 때, 리세트 트랜지스터들이 턴오프되고, 화소 그룹 a, b, 및 c를 포함하는 행들의 부유 확산부들 Cfd가 전원 VDD로부터 단절됨으로써 리세트로부터 해제된다. 그 후, Psel_024가 Low로부터 Hi로 변화하여, 화소 그룹 a, b, 및 c를 포함하는 행들의 소스 팔로워 출력들이 각각의 수직 출력선들에 접속되게 한다. 그 후, pc0r 신호가 Hi로 됨으로써, 열 회로 피드백 커패시터(도시되지 않음)를 양단부에서 단락시키도록 구성된 스위치를 턴온한다. 이와 동시에, pts 및 ptn 신호들이 Hi로 설정되어 아날로그 스위치들(208, 209)을 턴온함으로써, 유지 커패시터들(210, 211), 피드백 커패시터들(202), 및 커패시터들(201)을 리세트한다. 그 후, pts 및 ptn 신호들이 Low로 설정되고, pc0r 신호가 Low로 설정됨으로써, 커패시터들을 리세트로부터 해제한다.

그 후, 화소 그룹 a, b, 및 c를 포함하는 행들의 부유 확산부들 Cfd로부터의 출력들을 유지 커패시터들(211)에 유지하기 위해서 ptn 신호가 Low로부터 Hi로, 그 후 Low로 변화된다. 또한, 화소 신호들을 유지 커패시터들(210)에 유지하기 위해서 pts 신호가 Hi로 설정되고, 제6행의 화소 신호들을 부유 확산부들 Cfd에 전송하기 위해서 ptx_0 신호가 Low로부터 Hi로, 그 후 Low로 변화된다. 그 후, pts 신호가 Hi로 설정됨으로써 제6행으로부터의 화소 신호들을 유지 커패시터들(210)에 유지한다. 그 후, Psel_024가 Low로 설정되고 Pres_024가 Hi로 설정됨으로써, 화소 그룹 a, b, 및 c를 포함하는 행들의 부유 확산부들 Cfd를 다시 리세트한다. 그 후, 수평 주사 회로(400)에 의해 ph(n) 신호들이 순차 출력되고, 제6행의 모든 화소들로부터의 신호들이 순차적으로 판독 증폭기(216)에 판독된다. 이때, phadd 신호는 Low인 채로 남아 있으므로, 출력 신호들은 평균화되지 않는다. 여기까지가 제6행의 신호 전송 및 수평 주사이다.

그 후, Pres_024가 Hi로부터 Low로 변화되고, Psel_024가 Low로부터 Hi로 변화되는 등의 상기 동작들을 반복함으로써, 화소 신호들이 유지 커패시터들(210)에 유지되는 순간에 pts 신호가 Hi로 설정된다. 또한, ptx_2 신호가 Low로부터 Hi로, 그 후 Low로 변화됨으로써, 제8행의 화소 신호들이 부유 확산부들 Cfd에 전송될 수 있고, 유지 커패시터들(210)에 유지될 수 있다. 마찬가지로, 다음의 반복에 있어서, ptx_4 신호가 Low로부터 Hi로, 그 후 Low로 변화됨으로써, 제10행의 화소 신호들이 판독될 수 있다.

여기까지 짝수 행들에 대해서만 설명했지만, 홀수 행들에 대해서도, 도 2를 참조하여 마찬가지의 제어를 사용하여 열 회로(231)로부터 신호들이 판독될 수 있다.

이것으로 화소 그룹 a, b, 및 c를 포함하는 행들의 주사에 대한 설명을 끝내고, 이후의 화소들을 마찬가지의 방식으로 주사함으로써 모든 행들로부터 신호들이 판독될 수 있다.

도 6은 도 2 내지 도 4에 도시된 화상 센서에 있어서 수직 3 화소 가산 및 수평 1/3 판독을 실현하기 위한 구동 타이밍 차트이다.

도 5에 나타낸 구동 타이밍에 의하면, 모든 화소들을 독립적으로 주사하기 위해서, 즉, 화소 그룹들로부터의 3행의 화소 신호들을 독립적으로 판독하기 위해서, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4를 개별적으로 구동할 필요가 있다. 한편, 도 6에 나타낸 구동 타이밍에 의하면, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4를 동시에 구동함으로써, 수직 방향의 3 화소의 신호들을 1개의 부유 확산부에 전송하여 수직 3 화소 가산을 실현한다. 이것은 신호들을 행 단위로 전송할 필요를 제거함으로써, 실제의 주사 라인수를 감소시켜, 주사 시간을 단축시킨다. 또한, 수평 주사 회로(400)는 제4행, 제10행, 제16행, ...에 ph(n) 신호만을 출력함으로써, 수평 방향의 화소수도 감소시켜 주사를 행한다. 나머지 동작은 도 5에 도시된 구동 타이밍과 마찬가지이다.

또한, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4를 동시에 구동할 때와 동일 타이밍을 사용하여, Ptx_2만을 구동함으로써, 수직 1/3 판독 및 수평 1/3 판독을 실현하는 것도 가능하다.

도 1a 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 수직 동일 컬러 화소 가산이 행해지는 3 화소(화소 그룹) 모두가 초점 검출용 화소들(위상차 검출을 위해 동일 측에 차광부를 가짐)인 것으로 설정된다. 이 구성은 배선을 복잡하게 하는 일 없이, 수직 동일 컬러 3 화소 가산 동안에 통상 화소들의 신호들과 초점 검출용 화소들의 신호들이 혼합되는 것을 방지할 수 있게 하고, 순차 주사를 실현할 수 있게 한다.

<제2 실시 형태>

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 화상 센서의 일부 화소들의 화소 배열의 예를 도시한 도면이며, 더 구체적으로, 본 실시 형태에 있어서 CMOS 고체 화상 센서의 화소의 배치의 예를 또한 도시한 도면이다.

도 7a에 있어서, 도 1a의 경우와 마찬가지로, x 방향(수평 방향)에 0 내지 16의 17 화소, y 방향(수직 방향)에 0 내지 13의 14 화소가 2차원으로 배치되고, 각 화소 위에는 R(적색), G(녹색), 및 B(청색) 컬러 필터들이 베이어 패턴으로 배치된다고 가정한다. 실제의 화상 센서에 있어서는 차광(OB) 화소들 등을 포함하고, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 것보다 많은 수의 화소가 배치되지만, 설명을 간략화하기 위해서, 여기에서는 전술한 바와 같이 17×14 화소들이 배치된다고 가정한다.

도 7a의 화소 배치의 예에 있어서, x, y 좌표가 (2, 8), (4, 8), 및 (6, 8)인 화소들은 본래 R 화소들이고, x, y 좌표가 (5, 11), (7, 11), 및 (9, 11)인 화소들은 본래 B 화소들이다. 제2 실시 형태에 따르면, 이 화소들은 초점 검출용 화소들로서 사용되고, G 컬러 필터가 제공되거나 또는 컬러 필터가 제공되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 본 실시 형태에서 참조되는 도면들에 있어서 본래의 베이어 어레이에서의 컬러들을 나타내는 기호들(R 및 B)을 붙인다. 이 화소들의 수광 유닛들을 수직 방향에서 부분적으로 차광함으로써 수평 동공 분할 기능이 이 화소들에 제공된다. 그러면, 초점 검출용 화소들은, 화상 센싱 화소들 사이에 소정의 간격들로 배열될 때, 위상차 초점 검출을 위해 필요한 신호들을 제공할 수 있다. 도 7a 내지 도 7c의 예에 있어서, 수직 방향의 위상차를 검출하기 위해서, 서로 다른 사출 동공 영역들을 투과한 광을 수광하도록 구성된 다수의 쌍의 초점 검출용 화소들이 수직 방향으로 소정의 간격들을 두고 배치된다. 다른 사출 동공 영역들을 투과한 광을 수광하기 위해서, x, y 좌표가 (2, 8), (4, 8), 및 (6, 8)인 화소들은 x, y 좌표가 (5, 11), (7, 11), 및 (9, 11)인 화소들과는, 차광되는 영역이 반대이다. 이러한 초점 검출용 화소 그룹들의 쌍들이 화상 센서에 이산적으로 배치된다.

도 7b는 도 7a의 17×14 화소 배치도의 제2열, 제4열, 및 제6열과, 제5열, 제7열, 및 제9열에 있어서, 베이어 배치의 컬러 중심을 고려하여 어떻게 수직 1/3 화소 스킵핑이 행해지는지를 도시한 도면이다. 또한, 도 7c는 제8행 및 제11행의 동일 컬러의 3 화소의 전하가, 베이어 배치의 컬러 중심을 고려하여 어떻게 수평 방향으로 가산되는지를 나타내는 도면이다. 이 예에 있어서, 수직 화소 스킵핑 및 수평 화소 가산 후에 신호들이 화상 센서로부터 판독된다(수평 화소수 및 수직 화소수가 둘 다 1/3로 감소됨).

여기서 주목해야 할 점은, 수평 동일 컬러 화소 가산이 행해지는 3 화소 모두가 초점 검출용 화소들(위상차 검출을 위해 동일 측에 차광부를 가짐)이라는 점이다. 이러한 구성은 수평 동일 컬러 3 화소 가산 동안에 통상 화소들의 신호들과 초점 검출용 화소들의 신호들이 혼합되는 것을 방지할 수 있게 한다.

한편, 제2열, 제4열, 및 제6열의 R 화소들에 수직 동일 컬러 화소 가산을 적용한다고 가정하면, 베이어 배치의 컬러 중심을 고려하여 제6행, 제8행, 및 제10행의 화소들을 가산할 것이다. 전술한 수평 화소 가산의 경우와 같이, 제6행, 제8행, 및 제10행의 화소들을 초점 검출용 화소들에 의해 치환되는 제6행 및 제10행의 화소들과 가산하는 것을 생각할 수 있지만, 수직 위상차들을 검출하는 관점에서, 이러한 수직 화소 가산은 바람직하지 않다. 그러므로, 본 실시 형태에 따르면, 화소 스킵핑 동작이 수직 방향으로 수행된다. 즉, 수직 위상차들을 검출하기 위해서, 수평 방향으로 초점 검출용 화소들을 배치해서 가산한다.

수직 화소 스킵핑 및 수평 화소 가산의 결과로서 생성된 화소 출력들 중, 초점 검출용 화소들로부터의 화소 출력들을 추출해서 촬영 렌즈의 초점 검출을 위해 사용하고, 초점 검출용 화소들 이외의 화소들로부터의 화소 출력들을 사용하여 피사체의 화상을 생성한다. 이때, 초점 검출용 화소들의 위치들로부터의 화상 신호들은 주변의 화상 센싱 화소들의 신호들로부터 보간된다.

제2 실시 형태에 따른 화상 센서, 화소, 및 열 회로의 구성들은 도 2, 도 3, 및 도 4에 도시된 구성들과 거의 마찬가지이고, 초점 검출용 화소들은 x, y 좌표가 (2, 8), (4, 8), 및 (6, 8)의 화소들 및 x, y 좌표가 (5, 11), (7, 11), 및 (9, 11)의 화소들을 치환한다.

제2 실시 형태에 있어서, 화소 가산 및 화소 스킵핑을 사용하지 않고 모든 화소들을 주사하기 위한 타이밍은 도 5에 도시된 타이밍과 마찬가지이다.

도 8은 제2 실시 형태에서 설명한 화상 센서에 있어서 수직 1/3 다운 샘플링 및 수평 3 화소 평균화를 실현하기 위한 구동 타이밍 차트이다.

도 6에 도시된 것과 대략 마찬가지인 도 8의 타이밍 차트에 의하면, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4를 동시에 구동하는 것 대신에, Ptx_2만을 구동하여 도 7a 내지 도 7c의 제6행, 제8행, 및 제10행 중 제8행의 화소 신호들만을 판독한다(수직 1/3 판독). 또한, phadd 신호를 Low로부터 Hi로, 그 후 Low로 변화시킴으로써, 도 4에 도시된 제2열, 제4열, 및 제6열과, 제8열, 제10열, 및 제12열로부터의 신호들이 유지 커패시터들(210, 211)에서 산술적으로 평균화된다.

역시 행 단위로 신호를 전송할 필요를 제거함으로써, 실제 주사될 라인 수를 감소시켜 주사 시간을 단축시킨다. 또한, 수평 주사 회로(400)는 제4행, 제10행, 제16행, ...에 ph(n) 신호들만을 출력함으로써, 수평 방향의 화소수도 감소시켜 수평 3 화소 가산 평균 신호들을 판독할 수 있다.

phadd 신호를 Low로 유지함으로써, 수직 1/3 화소 스킵핑 및 수평 1/3 화소 스킵핑을 실현하는 것도 가능하다.

도 7a 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 실시 형태에 있어서, 수평 동일 컬러 화소 가산이 행해지는 3 화소(화소 그룹) 모두가 초점 검출용 화소들(위상차 검출을 위해 동일 측에 차광부를 가짐)이 되도록 배치된다. 이 구성은 배선을 복잡하게 하는 일 없이, 수평 동일 컬러 3 화소 가산 동안에 통상 화소들의 신호들과 초점 검출용 화소들의 신호들이 혼합되는 것을 방지할 수 있게 하고, 순차 주사를 실현할 수 있게 한다.

<제3 실시 형태>

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 화상 센서의 일부 화소들의 화소 어레이의 예를 도시한 도면이며, 더 구체적으로, 본 실시 형태에 있어서 CMOS 고체 화상 센서의 화소 배치의 예를 또한 도시한 도면이다.

도 9c에 나타낸 제6행, 제8행, 및 제10행과, 제9행, 제11행, 및 제13행의 주사 방법이 도 1c에 나타낸 주사 방법과 다르다는 점에서, 도 9a 내지 도 9c에 나타낸 화상 센서는 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 화상 센서와는 상이하다. 그 이외에, 도 9a 내지 도 9c에 나타낸 화상 센서는 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 화상 센서와 마찬가지이다. 본 실시 형태에 따르면, 초점 검출용 화소들을 포함하는 열들에 대해, 초점 검출용 화소와, 초점 검출용 화소의 좌측 및 우측의 화소들을 포함하는 동일 컬러의 3 화소 중에서 초점 검출용 화소만을 판독하기 위해 수평 화소 스킵핑이 적용된다. 초점 검출용 화소를 포함하지 않는 열들에 대해, 그 열의 화소와, 좌측 및 우측의 화소들을 포함하는 동일 컬러의 3 화소에 대해 가산이 적용된다.

예를 들면, 제6행, 제8행, 및 제10행에 포함되고 수직 동일 컬러 가산이 행해진 화소들에 대해, 제4열의 R 화소가 초점 검출용 화소이기 때문에, 좌측 및 우측의 제2열 및 제6열의 동일 컬러의 화소들을 주사하지 않고 제4열의 화소만을 주사한다. 초점 검출용 화소를 포함하지 않는 그 밖의 화소 열들에 대해서는, 베이어 배치의 컬러 중심을 고려한 수평 3 화소 가산을 적용한다. 제9행, 제11행, 및 제13행에 포함되고 수직 동일 컬러 3 화소 가산이 행해진 화소들에도 마찬가지로 적용된다.

제3 실시 형태에 따른 화상 센서 및 화소의 구성들은 도 2 및 도 3에 도시된 것들과 마찬가지이다. 제3 실시 형태에 따른 열 회로(230)의 구성은 도 4의 구성과 상이하며, 도 10에 나타낸다. 도 10은, 수평 3 화소 가산을 위한 구동 신호가 phadd와 phadd2로 나뉜다는 점과, 초점 검출용 화소들을 포함하는 화소 열들이 phadd2 신호에 의해 구동된다는 점에서, 도 4와 다르다. 이 예에서, phadd2는 제2열, 제4열, 및 제6열의 수평 3 화소 가산을 위한 구동 신호로서 사용된다.

도 11은 이러한 구성을 갖는 제3 실시 형태에 따른 화상 센서에 있어서 수직 3 화소 가산 및 부분적 수평 3 화소 가산을 실현하기 위한 구동 타이밍 차트이다. 도 8에 나타낸 것과 거의 마찬가지인 도 11의 타이밍 차트에 있어서, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4를 동시에 구동함으로써 수직 3 화소 가산을 행한다. 항상 phadd 신호를 Low로부터 Hi로, 그 후에 Low로 변화시킴으로써, 초점 검출용 화소를 포함하지 않는 화소 열들(도 10의 제8열, 제10열, 및 12열)로부터의 신호들은 유지 커패시터들(210, 211)에서 수평 3 화소 가산이 행해진다.

주사될 행들이 초점 검출용 화소들을 포함하는지 여부에 따라 phadd2의 구동 방법을 바꾼다. 예를 들면, 초점 검출용 화소들을 포함하는 제6행, 제8행, 제10행을 주사할 때, phadd2는 Low로 유지되면서 제4행으로부터만 신호들을 판독하기 위해 수평 화소 스킵핑 동작을 행한다. 한편, 초점 검출용 화소를 포함하지 않는 행들을 주사할 때, phadd2를 phadd와 함께 Low로부터 Hi로, 그 후 Low로 변화시킴으로써(도 11의 파선으로 나타냄) 수평 3 화소 가산을 행한다.

제3 실시 형태에서 주목해야 할 두 가지 점이 있다. 그 중 한 가지는, 수직 동일 컬러 화소 가산이 행해지는 3 화소 모두가 초점 검출용 화소들(위상차 검출을 위해 동일 측에 차광부를 가짐)이라는 점이다. 다른 한 가지는, 수평 방향에 있어서 화소 스킵핑에 의해 초점 검출용 화소 열들이 판독되는데 반해, 초점 검출용 화소를 포함하지 않는 화소 열들에 있어서는 수평 3 화소 가산이 행해진다는 점이다.

이와 같이, 스킵되는 화소수를 최소화함으로써, 피사체의 공간 주파수가 높을 때에도 무아레의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 배선을 복잡하게 하는 일 없이, 수직 화소 가산 동안에 통상 화소들의 신호들과 초점 검출용 화소들의 신호들이 혼합되는 것을 방지할 수 있고, 순차 주사를 실현할 수 있다.

본 예에서도 역시, Ptx_0, Ptx_2, 및 Ptx_4를 동시에 구동시킬 때와 동일 타이밍을 사용하여 Ptx_2만을 구동하고, phadd 및 phadd2 신호들을 Low로 유지함으로써, 수직 1/3 판독 및 수평 1/3 판독을 실현하는 것도 가능하다.

전술한 제1 내지 제3 실시 형태에서는 MOS 고체 화상 센서들이 사용된다. 그러나, 예를 들면, CCD 화상 센서, CdS-Se 밀착형 화상 센서, a-Si(아몰퍼스 실리콘) 밀착형 화상 센서, 및 바이폴라 밀착형 화상 센서를 포함하는 화상 센서들 중 임의의 것이 대안적으로 사용될 수 있다.

또한, 화상 센서가 베이어 어레이로 배치된 컬러 필터들에 의해 덮어져 있다고 설명했지만, 컬러 필터들의 종류와 어레이는 이것에 한정되지 않고, 적당히 변경될 수 있다. 예를 들면, 보색 컬러 필터들 또는 베이어 어레이 이외의 어레이가 대안적으로 사용될 수 있다.

또한, 전술한 제1 내지 제3 실시 형태에서는, 3개의 초점 검출용 화소가 열 방향 또는 행 방향의 R 또는 B 화소와 연속적이다. 그러나, 본 발명은 3개의 초점 검출용 화소에 한정되지 않고, 2개 또는 3개 초과의 초점 검출용 화소가 연속적으로 배치될 수 있고, 가산 및/또는 화소 스킵핑에 의해 판독될 수 있다. 예를 들면, 2개의 초점 검출용 화소가 연속적으로 배치된다면, 주사되는 화소수가 수직 방향 및 수평 방향 둘 다에서 순차 주사에 의해 주사되는 화소수의 1/2로 감소되고, 4개의 초점 검출용 화소가 연속적으로 배치된다면, 주사되는 화소수가 1/4로 감소된다. 즉, 전체 화소수와, EVF 표시를 위해 이용되는 화소수/무비 촬영을 위해 필요한 화소수 또는 원하는 화소 사이즈 간의 관계에 기초하여 연속적인 초점 검출용 화소들의 수를 결정할 수 있다.

<제4 실시 형태>

다음에, 제1 내지 제3 실시 형태에서 설명한 구성을 갖는 화상 센서의 응용 결과로 얻은 디지털 카메라 등의 화상 촬상 장치의 동작에 대해서 설명한다.

도 12는 디지털 카메라 등의 화상 촬상 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 12에 있어서, 화상 센서(801)는 상기 제1 내지 제3 실시 형태에서 설명한 구성들 중 임의의 구성을 갖는 화상 센서이다.

신호 처리 회로(AFE)(802)는 타이밍 발생 회로(TG)(804)로부터 타이밍 정보 등을 수신하고, 타이밍 정보에 기초하여 화상 센서(801)로부터 수신된 신호들의 증폭 및 A/D 변환을 행한다. 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor: DSP)(803)는 신호 처리 회로(802)로부터의 데이터에 대하여 각종 보정 처리를 행한다. 또한, DSP(803)는 ROM(806) 및 RAM(807) 등의 각종 메모리들을 제어하고, 기록 매체(808)에 영상 데이터를 기록한다.

TG(804)는 화상 센서(801), 신호 처리 회로(802), 및 DSP(803)에 클럭 신호 및 제어 신호를 공급하고, CPU(805)에 의해 제어된다.

CPU(805)는 DSP(803) 및 TG(804)를 제어할 뿐만 아니라 광도 측정 유닛 및 초점 제어 유닛(도시되지 않음)을 포함하는 각종 부분들을 사용하여 행해지는 각종 카메라 기능들을 제어한다. CPU(805)는 각종 스위치들(809 내지 811)과 접속되고, 스위치들(809 내지 811)의 상태들에 따른 처리들을 실행한다.

ROM(806)은 카메라 제어 프로그램 및 보정 테이블 등을 저장한다. RAM(807)은 DSP(803)에 의해 처리되는 영상 데이터 및 보정 데이터를 일시적으로 저장한다. RAM(807)은 ROM(806)보다 고속의 액세스가 가능하다.

참조 번호 808은 촬영된 영상들을 보존하도록 구성된 CompactFlash(등록 상표) 카드(이하 CF 카드라고 일컬어짐) 등의 기록 매체를 나타내며, 커넥터(도시되지 않음)를 통해 디지털 카메라와 접속된다.

참조 번호 809는 카메라를 기동시키기 위해 사용되는 전원 스위치를 나타내고, 참조 번호 810은 측광 처리 및 초점 제어 처리 등의 촬영 준비 동작들을 개시하기 위한 명령을 주기 위해 사용되는 셔터 스위치 SW1을 나타낸다. 참조 번호 811은 미러(도시되지 않음) 및 셔터를 구동함으로써, 화상 센서(801)로부터 판독된 신호들을 신호 처리 회로(802) 및 DSP(803)를 통해 기록 매체(808)에 기입하는 일련의 화상 촬상 동작들을 개시하기 위한 명령을 주기 위해 사용되는 셔터 스위치 SW2이다. 참조 번호 812는 무아레 저감 무비 모드(화소 가산) 및 스미어 저감 모드(화소 스킵핑) 등의 디지털 카메라의 촬영 모드를 지정하기 위해 사용되는 모드 다이얼 스위치를 나타낸다. 참조 번호 814는 피사체 휘도를 측정하기 위해 구성된 측광 회로를 나타내고, 참조 번호 815는 촬상된 비디오 화상들을 외부에 표시하도록 구성된 표시 유닛을 나타낸다.

도 13은 도 12에 도시된 구성의 화상 촬상 장치에 의해 행해지는 촬영 동작의 플로우챠트이며, 그 구성은 도 1a 내지 도 11을 참조하여 설명한 화상 센서들 중 임의의 것을 포함한다.

우선, 단계 S901에서, 화상 촬상 장치는 전원 스위치(809)가 ON인지 여부를 판정한다. 전원 스위치(809)가 OFF이면, 화상 촬상 장치가 단계 S901을 반복한다. 전원 스위치(809)가 ON이면, 단계 S902에서 화상 촬상 장치가 촬영 준비 동작들을 개시하기 위해 사용되는 스위치 SW1(810)이 ON인지 여부를 판정한다. SW1(810)이 OFF이면, 화상 촬상 장치는 단계 S901로 복귀한다. 스위치 SW1(810)이 ON이면, 화상 촬상 장치는 단계 S903으로 이행한다.

단계 S903에서, 화상 촬상 장치는 측광 회로(814)를 사용하여 피사체의 휘도를 측정한다. 단계 S904에서, 화상 촬상 장치는 기계적 셔터(도시되지 않음)를 개방해서 화상 센서(801)에 광을 계속 입사시킨다. 그 후, 단계 S905에서, 화상 촬상 장치는 모드 다이얼 스위치(812)를 체크해서, 화상 촬상 장치가 무슨 모드에 있는지, 즉, 무아레 저감 무비 모드(화소 가산) 또는 스미어 저감 모드(화소 스킵핑)에 있는지를 체크한다. 화상 촬상 장치가 무아레 저감 무비 모드(화소 가산)에 있다고 판정되면, 화상 촬상 장치가 단계 S907로 이행한다. 단계 S907에서, 신호들의 축적 후에, 화상 촬상 장치는 상기 제1 내지 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같은 수직 화소 가산 및 수평 1/3 판독, 또는 수직 1/3 판독 및 수평 3 화소 가산, 또는 수직 3 화소 가산 및 수평 부분적 3 화소 가산을 사용하여 신호들을 판독하고, 그 후 단계 S908로 이행한다.

한편, 단계 S905에서 화상 촬상 장치가 스미어 저감 모드(화소 스킵핑)에 있다고 판정되면, 화상 촬상 장치가 단계 S906으로 이행하여, 신호들의 축적 후에, 화상 촬상 장치가 수직 1/3 판독 및 수평 1/3 판독을 사용하여 신호들을 판독하고, 그 후 단계 S908로 이행한다.

단계 S908에서, 화상 촬상 장치는 판독된 화소 신호들을 사용하여 그리고 초점 검출용 화소들의 화상 신호들을 주위 화소들의 신호들로부터 보간하여 표시 유닛(815)에 영상을 표시한다. 단계 S909에서, 보간되기 전의 초점 검출용 화소 신호들을 사용하여, 화상 촬상 장치는 피사체의 초점 상태를 검출하고, 피사체에 포커싱하도록 촬영 렌즈를 구동함으로써 초점을 조절한다.

단계 S910에서, 화상 촬상 장치는 정지 화상의 촬영을 개시하기 위해 사용되는 스위치 SW2(811)가 ON인지의 여부를 판정한다. 스위치 SW2가 OFF이면, 화상 촬상 장치는 단계 S902로 복귀하여 다음 프레임의 동작으로 진행한다. 즉, 단계 S902 내지 단계 S910에 있어서, 화상 촬상 장치는 촬영 및 표시, 초점 검출, 및 렌즈 구동을 연속적으로 실행하는 것을 수반하는 소위 EVF 동작을 행한다.

단계 S910에서 스위치 SW2(811)가 ON이라고 판정되면, 화상 촬상 장치는 단계 S911로 이행하여, 단계 S903에서 얻어진 측광 정보 및 단계 S909에서 얻어진 초점 위치 정보에 기초하여 정지 화상에 대해 최적인 렌즈 조리개 및 초점 위치에서 화상 센서의 전하의 축적을 개시한다. 소정의 노광량에 도달할 때, 단계 S912에서 화상 촬상 장치는 기계적 셔터(도시되지 않음)를 폐쇄한다.

그 후, 화상 촬상 장치는 단계 S913에서 순차 주사를 행하고, 단계 S914에서 판독된 화소 신호들을 사용하여 그리고 초점 검출용 화소들에 대한 화상 신호들을 주위 화소들의 신호들로부터 보간함으로써 표시 유닛(815)에 영상을 표시하고, 단계 S915에서 정지 화상 신호를 기록 매체(808)에 기록함으로써, 촬영 동작을 종료한다.

이와 같이, 제1 내지 제3 실시 형태 중 임의의 것에 따른 화상 센서를 디지털 카메라 등의 화상 촬상 장치에 응용할 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시 형태들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시 형태들에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 하기의 청구항들의 범위는 그러한 변경 및 등가의 구조와 기능을 모두 포괄하도록 최광의의 해석에 따라야 한다.

본 출원은 2010년 10월 20일자로 출원된 일본 특허 출원 제2010-235877호를 우선권 주장하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조되어 포괄된다.

Claims

화상 센서로서,
컬러 필터들에 의해 덮어지고, 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 2차원으로 배치된 복수의 화소, 및
상기 복수의 화소 각각으로부터의 신호를 판독하는 제1 판독 방법과, 동일 컬러의 컬러 필터에 의해 덮어진 미리 결정된 수의 화소로 이루어진 각각의 화소 그룹 내의 상기 제1 방향으로 신호들을 가산해서 판독하는 제2 판독 방법 간에 전환하여 판독하고, 행 단위로 판독 신호들을 공통의 수직 출력선에 출력하고, 상기 수직 출력선에 판독된 신호들을 순차 수평 방향으로 전송할 수 있는 판독 수단을 포함하고,
상기 복수의 화소는, 이산적으로 배치된, 제1 초점 검출용 화소들의 복수의 화소 그룹 및 제2 초점 검출용 화소들의 복수의 화소 그룹을 포함하고,
상기 제1 초점 검출용 화소들과 상기 제2 초점 검출용 화소들은 다른 사출 동공 영역들(exit pupil regions)을 투과한 광을 수광하도록 상기 제2 방향으로 다른 측들에서 부분적으로 차광되며,
상기 제2 판독 방법에서, 상기 판독 수단은 상기 제1 초점 검출용 화소들로부터의 신호들을 가산하고, 상기 제2 초점 검출용 화소들로부터의 신호들을 가산하는, 화상 센서.
제1항에 있어서,
상기 판독 수단은, 상기 제2 판독 방법에 의해 판독할 때, 상기 제1 방향으로 함께 가산되어 판독된 신호들을 판독하고, 상기 제2 방향으로 미리 결정된 수의 신호는 스킵하는, 화상 센서.
삭제
제1항에 있어서,
상기 판독 수단은, 상기 제2 판독 방법에 의해 판독할 때, 상기 제1 방향으로 함께 가산해서 판독된 신호들을 상기 제2 방향으로 미리 결정된 수의 신호를 함께 한번에 판독함으로써 판독하고, 상기 미리 결정된 수의 신호가 상기 제1 초점 검출용 화소들 또는 상기 제2 초점 검출용 화소들로부터의 신호들 중 임의의 것을 포함하지 않으면, 상기 미리 결정된 수의 신호를 함께 가산해서 판독하거나, 상기 미리 결정된 수의 신호가 상기 제1 초점 검출용 화소들 또는 상기 제2 초점 검출용 화소들로부터의 신호들 중 임의의 것을 포함하면, 상기 제1 초점 검출용 화소들 또는 상기 제2 초점 검출용 화소들을 가산하지 않고 판독하는, 화상 센서.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 방향은 수직 방향이며, 상기 판독 수단은 화소 신호들이 상기 공통의 수직 출력선에 판독되기 전에 신호들을 가산하는, 화상 센서.
삭제
화상 촬상 장치로서,
제1항, 제2항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 화상 센서,
상기 제1 초점 검출용 화소들 및 상기 제2 초점 검출용 화소들의 판독된 신호들로부터 각각 얻어진 2개의 화상 간의 위상차에 기초하여 초점 상태를 검출하도록 구성된 검출 수단, 및
검출된 초점 상태에 기초하여 초점을 조절하도록 구성된 초점 조절 수단을 포함하는, 화상 촬상 장치.