KR101510107B1 - 촬상 장치 및 촬상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 촬상 장치는, 2차원 방향으로 배치되어 피사체로부터 입사된 영상광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광전 변환 소자들과, 일 방향을 따라 배치되는 복수의 광전 변환 소자들로 이루어진 소자 라인에서, 광전 변환 소자들의 전기 신호를 순차적으로 독출하는 독출부와, 서로 평행한 복수의 소자 라인들로 이루어진 제1 소자 라인 세트의 전기 신호와 제1 소자 라인 세트의 소자 라인들의 연장 방향을 따라 연장되며 서로 평행한 복수의 소자 라인들로 이루어진 제2 소자 라인 세트의 전기 신호의 강도 분포의 차이에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 산출부를 구비한다.

Description

촬상 장치 및 촬상 방법{Photographing apparatus and method}

본 발명은 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차원 방향으로 배치된 광전 변환 소자들을 이용해 거리를 측정하므로 하나의 거리 측정 영역 안에 거리가 다른 여러 개의 피사체가 혼재되었을 때에도 거리 산출시에 오차가 생기지 않아 고정밀도로 피사체까지의 거리를 산출할 수 있는 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.

디지털 스틸 카메라(촬상 장치)에는, 예를 들면 퀵 리턴 미러를 구비하여 촬영 전에만 결상 광학계로부터 입사된 영상광을 뷰 파인더 측으로 안내하는 일안 리플렉스 카메라와, 퀵 리턴 미러를 구비하지 않고 촬영 전에도 결상 광학계로부터 입사된 영상광을 촬상 소자(광전 변환 소자)로 안내하는 콤팩트 카메라 등이 있다.

디지털 스틸 카메라는, 피사체의 영상광이 촬상 소자의 촬상면에 맺히도록 초점을 제어한다. 디지털 스틸 카메라의 포커스 제어에는, 예를 들면 위상차 검출 방식이나 콘트라스트 검출 방식 등이 있다. 위상차 검출 방식은, 피사체의 2가지 상의 위상차로부터 합초 위치를 검출하고, 포커스 렌즈를 검출된 합초 위치로 구동한다.

콘트라스트 검출 방식은, 포커스 렌즈를 이동하면서 화상 신호를 취득하고, 콘트라스트값이 가장 높은 위치(화상 중에 엣지가 가장 많이 검출된 위치)를 검출하여 그 때의 포커스 렌즈의 위치를 합초 위치로 결정한다.

예를 들면, 일본 특허공개공보 제2004-12815호(이하, 인용 문헌 1)에는 위상차 검출 방식에서 씨모스(CMOS; complementary metal oxide semiconductor)센서를 사용한 기술이 개시되어 있다. 또한 일본 특허공개공보 제2006-324760호에는 콘트라스트 검출 방식에서 피사체가 저휘도일 때 여러 개의 화소값을 가산하여 고정밀도로 합초하는 기술이 개시되어 있다.

위상차 검출 방식은 피사체로부터의 광속을 2개로 분리하여 광의 분포가 나타난 거리(광 분포 출현 거리)에 기초하여 카메라와 피사체간의 거리를 산출한다. 종래의 위상차 검출 방식에서 광의 검출을 위해 라인 센서가 사용되어 왔다. 라인 센서는 1차원 방향으로 배치한 복수의 광전 변환 소자들로 이루어진 센서이다.

도 12는 종래의 촬상 장치의 뷰 파인더(10)와 거리 측정 영역(12)의 관계를 도시한 설명도이다. 뷰 파인더(10) 안에 거리 측정 영역(12)이 있을 때, 촬상 장치 내부에는 거리 측정 영역(12)에 대응하여 라인 센서(14)가 배치되어 있다.

한편, 인용 문헌 1에는 라인 센서대신, 복수의 광전 변환 소자가 2차원 방향으로 배치된 CMOS센서를 사용하는 경우에 대해서 기재되어 있다. 그러나 인용 문헌 1의 기술은, CMOS센서를 구성하는 여러 개의 소자에서 라인 센서와 같이 하나의 직선상의 소자를 추출하여 주사하는 기술이다. 따라서 인용 문헌 1은 피사체의 영 상광의 주사 및 거리의 산출에 대해서 종래의 라인 센서와 거의 동일한 구성을 갖는 기술이다.

위상차 검출 방식에서는 피사체로부터의 광속이, 예를 들면 좌우 방향으로 2개로 분리되어 라인 센서(14)에 조사된다.

도 13은 종래의 촬상 장치의 라인 센서(14)의 출력값 분포를 도시한 그래프이다.

도 12에 도시한 바와 같이 거리 측정 영역(12)에 피사체(5)가 있는 경우, 라인 센서(14)의 좌우부분의 각각에서 도 13에 도시한 것과 같은 출력값의 분포를 얻을 수 있다. 좌우의 출력 피크값의 파형간 거리(A)는 촬상 장치와 피사체간의 거리(촬영 거리)에 따라 변화된다. 예를 들면, 촬영 거리가 길어짐에 따라 파형간 거리(A)는 짧아지고, 촬영 거리가 짧아지면 파형간 거리(A)는 길어진다. 파형간 거리(A)를 산출하기 위해서는 좌우 2개 파형의 상관이 가장 강해지는 곳을 검출할 필요가 있다.

상관 검출 방법에는, 예를 들어 일측 파형 데이터를 화소 단위로 쉬프트하면서 타측 파형 데이터와의 차분의 총합을 취하여, 총합이 최소가 될 때의 거리를 상관이 가장 강한 파형간 거리(A)로 판단하는 방법이 있다.

이 때의 상관값은, 예를 들면 이하의 수학식 1로 표현할 수 있는데, 도 13에 도시한 출력값 분포에서는 도 14에 도시한 것과 같은 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프를 얻을 수 있다. 도 14는, 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프이다. 상관값이 최소(min1)가 될 때와 도 13의 파형간 거리(A)가 대 응한다.

여기에서 n은 영역의 화소수, j는 상대 화소 위치이다.

도 15는 종래의 촬상 장치의 뷰 파인더(10)와 거리 측정 영역(12)의 관계를 도시한 설명도이다. 도 16은 종래의 촬상 장치의 라인 센서(14)의 출력값 분포를 도시한 그래프이다.

도 17은 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프이다.

도 15에 도시한 바와 같이 거리 측정 영역(12) 안에 상이한 촬영 거리 상에 위치하는 피사체(5, 7)가 존재하는 경우, 라인 센서(14)의 좌우의 각 부분에서는 도 16에 도시한 것과 같은 출력값의 분포를 얻을 수 있다. 도 16에 도시한 것과 같이 여러 개의 출력 피크값이 검출될 때, 2개의 출력값 분포에 의한 거리 산출시에 오차가 생기거나, 또는 거리의 산출이 불가능해지는 문제점이 있었다.

즉 도 16에 도시한 파형이 나왔을 때 상관 검출을 하면, 도 17과 같이 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프가 얻을 수 있다. 도 17에 도시한 것과 같이 2개의 파형간 거리(A, B) 모두 상관값이 동일하게 최소의 상관값(min2)이 될 때 촬상 장치와 피사체간의 거리를 결정할 수 없다. 또한 여러 개의 출력 피크값이 검출되는 경우에는 상관값도 높아지기 때문에 거리 검출의 정밀도도 낮아지는 문제점이 있었다.

이와 같이 거리 결정이 불가능할 때, 종래의 기술에서는 촬상 장치와 피사체의 사이의 거리를 최종적으로 결정하기 위해 상관값들의 사이의 값을 우선적으로 취득하거나, 사전에 정해진 소정의 거리로 대치하는 등의 방법을 사용하였는데, 모두 신뢰성이 낮은 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 피사체까지의 거리를 고정밀도로 산출할 수 있는 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 거리 측정 영역 안에 거리가 다른 여러 개의 피사체가 혼재되었을 때에도 정확하게 거리를 산출할 수 있게 하는 데 있다.

본 발명은 2차원 방향으로 배치된 광전 변환 소자들을 이용해 고정밀도로 피사체까지의 거리를 측정할 수 있는 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공한다.

본 발명에 관한 촬상 장치는, 2차원 방향으로 배치되어 피사체로부터 입사된 영상광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광전 변환 소자들과, 일 방향을 따라 배치되는 복수의 광전 변환 소자들로 이루어진 소자 라인에서, 광전 변환 소자들의 전기 신호를 순차적으로 독출하는 독출부와, 서로 평행한 복수의 소자 라인들로 이루어진 제1 소자 라인 세트의 전기 신호와 제1 소자 라인 세트의 소자 라인들의 연장 방향을 따라 연장되며 서로 평행한 복수의 소자 라인들로 이루어진 제2 소자 라인 세트의 전기 신호의 강도 분포의 차이에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 산출부를 구비한다. 소자 라인은 하나의 가상 선분 위에 배치된 복수의 상기 광전 변환 소자들을 포함할 수 있다. 2차원 방향으로 배치되는 광전 변환 소자들은 촬상 소자를 구성할 수 있으며, 제1 소자 라인 세트와 제2 소자 라인 세트는 촬상 소자 중 일부의 영역인 거리 측정 영역 안에 포함될 수 있다.

상술한 구성에 의해, 촬상 소자는 피사체로부터 수광면에 입사된 피사체의 영상광을 전기 신호로 변환하는 2차원 방향으로 배치된 복수의 광전 변환 소자를 가질 수 있고, 독출부는 촬상 소자 중 일부의 한 가상 선분 위에 배치된 복수의 광전 변환 소자로 이루어진 소자 라인에서 전기 신호를 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출한다. 그리고 거리 산출부는 촬상 소자 중 일부의 영역인 거리 측정 영역 안에 포함되는 서로 평행한 여러 개의 소자 라인으로 이루어진 제1 소자 라인 세트와, 해당 제1 소자 라인 세트의 길이 방향의 연장선상에 배치되며 거리 측정 영역 안에 포함되는 서로 평행한 여러 개의 소자 라인으로 이루어지는 제2 소자 라인 세트의 전기 신호의 강도의 분포의 차이에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출할 수 있다.

본 발명에 있어서, 거리 산출부는 제1 소자 라인 세트를 이루는 소자 라인들중 하나인 제1 소자 라인의 강도 분포와, 제2 소자 라인 세트를 이루는 소자 라인들 중 제1 소자 라인과 동일 직선 상에 배치된 제2 소자 라인의 강도 분포를 비교하여 거리를 산출할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 제1 소자 라인과 제2 소자 라인이 동일 직선상에 배치되며, 제1 소자 라인의 강도 분포와 제2 소자 라인의 강도 분포가 비교되어 피사체까지의 거리가 산출될 수 있다.

본 발명에 있어서, 거리 산출부는, 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향, 즉 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 광전 변환 소자들의 전기 신호의 강도를 가산한 가산치에 기초하여 제1 소자 라인 세트의 강도 분포와 제2 소자 라인 세트의 강도 분포를 비교하여 거리를 산출할 수 있다. 이와 같은 구 성에 의해, 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향으로 배치된 복수의 광전 변환 소자에서 출력된 각각의 전기 신호의 강도를 가산하여 전기 신호의 강도의 가산치를 얻을 수 있고, 이 가산치에 기초하여 제1 소자 라인 세트의 강도 분포와 제2 소자 라인 세트의 강도 분포가 비교되어 피사체까지의 거리가 산출될 수 있다.

본 발명에 있어서, 거리 산출부가 가산치를 얻기 위해 전기 신호의 강도를 가산하는 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향, 즉 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 광전 변환 소자들의 수는, 피사체의 영상광의 휘도 레벨에 따라 가변적일 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 피사체의 영상광의 휘도 레벨에 따라 거리 산출부가 가산하는 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향으로 배치된 광전 변환 소자의 수를 다르게 할 수 있다. 따라서 피사체의 영상광의 휘도 레벨에 따라 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 거리 산출부가 가산치를 얻기 위해 전기 신호의 강도를 가산하는 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향으로 배치된, 즉 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 광전 변환 소자들은, 제1 소자 라인 세트와 제2 소자 라인 세트의 광전 변환 소자들과 서로 중복되지 않도록 선택될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향으로 배치된 광전 변환 소자의 전기 신호의 강도가 가산될 때, 광전 변환 소자가 서로 중복하지 않도록 추출된다. 따라서 고정밀도의 가산된 신호 강도를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 거리 산출부가 가산치를 얻기 위해 전기 신호를 가산하는 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 광전 변환 소자들 은, 직선 상에 배치될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향으로 배치된 광전 변환 소자의 전기 신호의 강도가 가산될 때, 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향의 하나의 가상 직선상에 배치된 광전 변환 소자가 추출될 수 있다.

본 발명에 있어서, 복수의 광전 변환 소자들은 매트릭스형이나 벌집 모양으로 배치될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 매트릭스형 또는 벌집 모양으로 배치된 복수의 광전 변환 소자로 이루어진 촬상 소자를 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 소자 라인 세트 및 제2 소자 라인 세트는 광학 변환 소자들 중에서 사용자에 의해 선택될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 제1 소자 라인 세트 및 제2 소자 라인 세트가 사용자에 의한 선택에 의해 모든 광학 변환 소자 중에서 선택된다.

본 발명에 관한 촬상 방법은, 피사체로부터 입사된 영상광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광전 변환 소자들이 일 방향을 따라 배치된 소자 라인에서 전기 신호를 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출하는 단계와, 서로 평행한 복수의 소자 라인으로 이루어진 제1 소자 라인 세트의 전기 신호와, 제1 소자 라인 세트의 소자 라인들의 연장 방향을 따라 연장되며 서로 평행한 복수의 소자 라인들로 이루어진 제2 소자 라인 세트의 전기 신호의 강도 분포의 차이에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출하는 단계를 포함한다. 소자 라인은 하나의 가상 선분 위에 배치된 복수의 상기 광전 변환 소자들을 포함할 수 있다. 2차원 방향으로 배치되는 광전 변환 소자들은 촬상 소자를 구성할 수 있으며, 제1 소자 라인 세트와 제2 소자 라인 세 트는 촬상 소자 중 일부의 영역인 거리 측정 영역 안에 포함될 수 있다.

상술한 구성에 의해, 촬상 소자는 피사체로부터 수광면에 입사된 피사체의 영상광을 전기 신호로 변환하는 2차원 방향으로 배치된 복수의 광전 변환 소자를 가지고, 촬상 소자 중 일부의 한 가상 선분 위에 배치된 복수의 광전 변환 소자로 이루어진 소자 라인에서 전기 신호가 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출되고, 촬상 소자 중 일부의 영역인 거리 측정 영역 안에 포함되는 서로 평행한 여러 개의 소자 라인으로 이루어진 제1 소자 라인 세트와, 해당 제1 소자 라인 세트의 길이 방향의 연장선상에 배치된, 동일거리 측정 영역 안에 포함되는 서로 평행한 여러 개의 소자 라인으로 이루어진 제2 소자 라인 세트와의 전기 신호의 강도 분포차에 기초하여 피사체와의 거리가 산출된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 촬상 장치 및 촬상 방법은, 2차원 방향으로 배치된 광전 변환 소자들을 이용해 거리를 측정하므로 하나의 거리 측정 영역 안에 거리가 다른 여러 개의 피사체가 혼재되었을 때에도 거리 산출시에 오차가 생기지 않아 고정밀도로 피사체까지의 거리를 산출할 수 있다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 촬상 장치 및 촬상 방법의 구성과 작용을 상세히 설명한다. 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가진 구성 요소에 관해서는 동일 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 촬상 장치(100)를 나타내는 블록도이다. 촬상 장치(100)는, 예를 들면 디지털 일안 리플렉스 카메라이지만, 본 발명의 촬상 장치는 이에 한정되지 않으며 콤팩트 디지털 카메라일 수도 있다.

도 1에 나타난 실시예에 관한 촬상 장치(100)는, 예를 들면 결상 광학계(101)와, 퀵 리턴 미러(105)와, 셔터(106)와, CMOS센서(107)와, 화상 입력 콘트롤러(110)와, AF센서(111)와, DSP/CPU(120)와, CPU(130)와, 조작 부재(135)와, 드라이버(141, 143, 145)와, 모터(142, 144, 146)와, 화상 신호 처리 회로(152)와, 압축 처리 회로(154)와, LCD 드라이버(156)와, LCD(158)와, VRAM(162)와, SDRAM(164)과, 미디어 콘트롤러(166)와, 기록 미디어(168) 등을 구비한다.

결상 광학계(101)는, 예를 들면 줌렌즈(102), 조리개(103), 포커스 렌즈(104) 등을 구비한다. 결상 광학계(101)는 외부의 광정보를 CMOS센서(107)에 결상시키는 광학계 시스템으로서, 피사체로부터 입사된 영상광(피사체의 상)을 CMOS센서(107)까지 투과시킨다. 줌렌즈(102)는 초점거리를 변화시켜 화각을 바꾸는 렌즈이다. 줌렌즈는, 사용자에 의해 화각이 조절되어도 좋고, 미도시된 모터 및 드라이버에 의해 제어되어도 좋다. 조리개(103)는 투과하는 광량을 조절하는 기구로서, 모터(142)에 의해 구동된다. 포커스 렌즈(104)는 광축 방향으로 이동함으로써 CMOS센서(107)의 촬상면에 피사체의 영상광을 합초시킨다. 포커스 렌즈(104)는 모터(144)에 의해 구동된다. 모터(142, 144)는 각각 드라이버(141, 143)로부터 구동 신호를 받아 구동한다.

퀵 리턴 미러(105)는 입사광을 반사함과 동시에 입사광의 일부를 투과시키는 하프 미러 부재와, 하프 미러 부재의 배면(CMOS센서(107)) 측에 마련된 서브 거울 등을 구비한다. 본 촬영 전에 퀵 리턴 미러(105)는 이른바 미러 다운(하측으로 이동된 상태) 위치에 있으며, 결상 광학계(101)와 CMOS센서(107)를 잇는 광경로 위에 배치되어 광경로를 차단한다. 또한 퀵 리턴 미러(105)의 하프 미러 부재는, 본 촬영 전에 결상 광학계(101)로부터 입사된 영상광을 뷰 파인더 측으로 반사한다. 또한 퀵 리턴 미러(105)의 서브 거울은 본 촬영 전에 하프 미러 부재를 투과한 광을 AF센서(111) 측으로 반사한다.

퀵 리턴 미러(105)는 본 촬영시, 이른바 미러 업(상측으로 이동한 상태) 위치로 이동하여 결상 광학계(101)와 CMOS센서(107)를 잇는 광경로를 개방하여 피사체로부터 입사된 영상광을 CMOS센서(107)에 도달시킨다.

셔터(106)는 메커니컬 셔터로서, 본 촬영시에는 CMOS센서(107)에 영상광이 입사하도록 결상 광학계(101)와 CMOS센서(107)를 잇는 광경로를 개방하고 비촬영시에는 영상광을 차단한다. 셔터(106)는 CMOS센서(107)의 노광 시간을 제어한다. 퀵 리턴 미러(105) 및 셔터(106)는 모터(146)에 의해 구동되어 연동한다. 모터(146)는 드라이버(145)에서 구동 신호를 받아 구동된다.

씨모스(CMOS; complementary metal oxide semiconductor) 센서(107)는 촬상 소자의 일례로서, 결상 광학계(101)를 투과하여 입사된 영상광(광 정보)를 전기 신호로 광전 변환하는 복수의 광전 변환 소자들을 구비한다. 각 광전 변환 소자는 광량에 따른 전기 신호를 생성한다. 촬상 소자는 CMOS센서로 한정되지 않으며 씨씨 디(CCD; charge coupled device)센서 등을 적용할 수 있다. 이 때, 셔터(106)에는 메커니컬 셔터가 아닌 전자 셔터(미도시)를 적용해도 좋다. 또한 셔터(106) 또는 전자 셔터의 동작은 DSP/CPU(120)에 접속된 셔터 버튼(조작 부재(135))의 스위치 동작에 의해 수행될 수 있다.

CMOS센서(107)는 또한 CDS/AMP부(108), A/D변환부(109)를 구비한다. CDS/AMP부(상관 이중 샘플링 회로(correlated double sampling), 증폭기(amplifier); 108)는 CMOS센서(107)에서 출력된 전기 신호에 포함되는 저주파 노이즈를 제거함과 동시에 전기 신호를 임의의 레벨까지 증폭시킨다. A/D변환부(109)는, CDS/AMP부(108)에서 출력된 전기 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성한다. A/D변환부(109)는 생성한 디지털 신호를 화상 입력 콘트롤러(110)로 출력한다.

화상 입력 콘트롤러(110)는 A/D변환부(109)에서 출력된 디지털 신호에 대해 처리를 하여 화상 처리가 가능한 화상 신호를 생성한다. 화상 입력 콘트롤러(110)는 생성한 화상 신호를, 예를 들면 화상 신호 처리 회로(152)에 출력한다. 또한 화상 입력 콘트롤러(110)는 SDRAM(164)으로의 화상 데이터의 읽고 쓰기를 제어한다.

AF센서(111)는, 2차원 방향으로 배치되는 복수의 광전 변환 소자들을 구비하는 CMOS센서이다. AF센서(111)는 본 촬영 전에 퀵 리턴 미러(105)의 서브 거울에서 광을 받아 광량에 따른 전기 신호를 생성한다. AF센서(111)는 생성한 전기 신호를 CPU(130)로 출력한다. AF센서(111)는 CDS/AMP부(112), A/D변환 센서(113)를 구 비할 수 있다.

독출부는 AF센서(111)의 광전 변환 소자 중 하나의 가상 선분 위에 배치된((일 방향을 따라 배치된) 복수의 광전 변환 소자로 이루어진 소자 라인에서 전기 신호를 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출하는 기능을 수행한다. 독출부의 일예는 AF센서(111)의 CDS/AMP부(112), A/D변환 센서(113)일 수 있다. 그러나 본 발명의 독출부는 이에 한정되지 않으며, 독출부는 AF센서(111)의 출력 신호를 처리하는 화상 입력 콘트롤러(131)일 수도 있다.

AE센서(114)는, 예를 들면 광전 변환 소자이다. AE센서(114)는 본 촬영 전에 피사체에서 광을 받아 광량에 따른 전기 신호를 생성한다. AE센서(114)는, 생성한 전기 신호를 CPU(130)로 출력한다.

DSP/CPU(120), CPU(130)는 프로그램에 의해 연산 처리 장치 및 제어 장치로서 기능하고, 촬상 장치(100) 안에 설치된 각 구성 요소의 처리를 제어한다. CPU(130)은 본 촬영 전 및 본 촬영시에 주로 동작하고, DSP/CPU(120)는 촬영 후에 주로 동작한다.

CPU(130)는, 예를 들면 포커스 제어나 노출 제어에 기초하여 드라이버(141, 143, 145)에 신호를 출력하여 결상 광학계(101), 퀵 리턴 미러(105), 셔터(106)를 구동시킨다. 또한 CPU(130)는 조작 부재(135)로부터의 신호에 기초하여 촬상 장치(100)의 각 구성 요소를 제어한다. DSP/CPU(120)는 촬영에 의해 취득된 화상 신호에 대한 화상 처리 등을 제어한다.

또한 본 실시예에서는 DSP/CPU(120), CPU(130)가 각각 하나씩 구비된 것으 로 도시되었으나, 신호계의 명령과 조작계의 명령을 각각의 CPU에서 수행하게 하는 등, 여러 개의 CPU로 구성되어도 좋다.

DSP/CPU(120)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들면 타이밍 제너레이터(121)와, 적정 AWB 산출부(122)와, 화상 처리 선택부(123), SIO(124) 등을 구비한다. CPU(130)는 예를 들면, 화상 입력 콘트롤러(131)와, AF연산 제어부(132)와, AE연산 제어부(133)와, GUI관리부(134)와, SIO(136) 등을 구비한다.

타이밍 제너레이터(121)는 CMOS센서(107)나 CDS/AMP부(108)에 타이밍 신호를 출력하여, CMOS센서(107)에 구비된 각 광전 변환 소자의 전하 독출을 제어한다.

적정 AWB 산출부(122)는, CMOS센서(107)에서 수광한 피사체의 영상광에 따른 화상 신호의 색정보에 기초하여 WB제어값을 산출한다. 적정 AWB 산출부(122)는, 예를 들면, 피사체에 따른 적정한 화이트 밸런스(WB)를 얻기 위한 WB제어값을 산출한다. 적정 AWB 산출부(122)는 산출한 WB제어값을 화상 신호 처리 회로(152)에 보낸다.

화상 처리 선택부(123)는 화상 신호에 대한 감마 보정, 윤곽 강조 처리 등의 화상 처리 여부를 선택하거나, 각 화상 처리에 필요한 파라미터를 설정한다. 화상 처리 선택부(123)는 선택 결과나 설정한 파라미터를 화상 신호 처리 회로(152)에 보낸다.

화상 입력 콘트롤러(131)는 A/D변환 센서(113)에서 출력된 디지털 신호에 대해 처리를 하여 포커스 제어가 가능한 신호를 생성한다. 화상 입력 콘트롤러(131)는 생성한 신호를, 예를 들면 AF연산 제어부(132)로 출력한다.

AF연산 제어부(132)는 포커스 제어 개시 조작 신호를 받으면 포커스 렌즈(104)를 한 방향으로 이동시키는 제어 신호를 생성하고, 생성한 제어 신호를 드라이버(143)에 출력한다.

AF연산 제어부(132)는 AF(auto focus; 자동 초점)평가치를 산출하고, AF 평가치에 기초하여 포커스 렌즈(104)의 합초 위치를 더 산출한다. 또한 AF 평가치는 AF센서(111)에서 출력된 신호의 휘도치에 기초하여 산출한다.

AF연산 제어부(132)는 거리 산출부의 일례로서, 서로 평행한 여러 개의 소자 라인들로 이루어진 제1 소자 라인 세트의 전기 신호와, 해당 제1 소자 라인 세트의 길이 방향의 연장선상에 배치되며 서로 평행한 여러 개의 소자 라인들로 이루어진 제2 소자 라인 세트와의 전기 신호의 강도 분포의 차이에 기초하여 피사체와 촬상 장치(100)간의 거리를 산출한다. 즉 AF연산 제어부(132)는 본 발명의 촬상 장치에 구비되는 거리 산출부의 일 예이다.

AF연산 제어부(132)는, 산출 결과 얻은 합초 위치를 제어 신호로 생성하여 드라이버(143)에 출력한다. 드라이버(143)는 AF연산 제어부(132)에서 입력된 제어 신호에 기초하여 구동 신호를 생성한다. 드라이버(143)는 생성한 구동 신호를 모터(144)에 보낸다.

AE연산 제어부(133)는 AE(auto exposure; 자동 노광) 평가치를 산출하고, 산출한 AE 평가치에 기초하여 조리개(103)의 조리개량이나 셔터(106)의 셔터 속도를 산출한다. 또한 AE 평가치는 AE센서(114)의 휘도치에 기초하여 산출한다. AE연산 제어부(133)는 산출한 조리개량이나 셔터 속도를 각각 제어 신호로 생성하여 드 라이버(141, 145)에 출력한다. 드라이버(141, 145)는 AE연산 제어부(133)로부터 입력된 제어 신호에 기초하여 구동 신호를 생성한다. 드라이버(141, 145)는 생성한 구동 신호를 모터(142, 146)에 보낸다.

또한 본 실시예에서는, AE연산 제어부(133)가 AE 평가치에 기초하여 AF센서(111)를 제어한다. 예를 들면, 피사체가 저휘도일 때에는 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향(소자 라인이 연장되는 방향을 가로지르는 방향, 즉 수직한 방향)으로 배치된 광전 변환 소자들의 출력값을 가산할 수 있도록 통상 휘도에 비해 많은 수의 소자 라인에서 전기 신호가 출력되도록 한다.

GUI관리부(134)는, LCD(158)에 표시되는 화상의 섬네일 화면이나 촬상 장치(100)의 조작을 위한 메뉴 화면 등의 GUI(graphic user interface)를 관리한다. GUI관리부(134)는, 예를 들면 조작 부재(135)로부터의 조작 신호를 받아 조작 신호에 기초한 제어 신호를 LCD 드라이버(156)에 보낸다.

SIO(124, 136)는 서로에 대해 신호를 입출력하는 입출력 인터페이스이다.

조작 부재(135)는, 예를 들면 촬상 장치(100)에 마련된 상하 좌우 키, 전원 스위치, 모드 다이얼, 셔터 버튼 등이다. 조작 부재(135)는, 사용자에 의한 조작에 기초하여 조작 신호를 CPU(130) 등에 보낸다. 예를 들면, 셔터 버튼은 사용자에 의한 반누름, 완전 누름, 해제가 가능하다. 셔터 버튼은, 반 눌렸을 때 포커스 제어 개시 조작 신호를 출력하고, 반누름 해제로 포커스 제어가 종료된다.또한 초점 버튼은 완전히 눌렸을 때 촬영 개시 조작 신호를 출력한다.

화상 신호 처리 회로(152)는, 화상 입력 콘트롤러(110)에서 화상 신호를 받아 WB제어값, γ값, 윤곽 강조 제어값 등에 기초하여 화상 처리된 화상 신호를 생성한다. 압축 처리 회로(154)는 압축 처리 전의 화상 신호를 받아, 예를 들면 JPEG압축 형식 또는 LZW압축 형식 등의 압축 형식으로 화상 신호를 압축 처리한다. 압축 처리 회로(154)는 압축 처리에 의해 생성한 화상 데이터를, 예를 들면 미디어 콘트롤러(166)로 보낸다.

LCD 드라이버(156)는, 예를 들면 VRAM(162)에서 화상 데이터를 받아 LCD(liquid crystal display, 액정 화면; 158)에 화상을 표시한다. LCD(158)는 촬상 장치(100)의 본체에 마련된다. LCD(158)가 표시하는 화상은, 예를 들면 VRAM(162)에서 독출된 촬영 전의 화상(라이브뷰 표시)이나, 촬상 장치(100)의 각종 설정 화면이나 촬상하여 기록된 화상 등일 수 있다. 또한 본 실시예에서는 표시부가 LCD(158)이고, 표시 구동부가 LCD 드라이버(156)인 것으로 설명했였으나, 본 발명은 상기 예에 한정되지 않으며, 예를 들면 유기EL 디스플레이, 그 표시 구동부 등일 수 있다.

VRAM(video RAM; 162)은 화상 표시용 메모리로서, 여러 개의 채널을 가진다. VRAM(162)은 SDRAM(164)으로부터의 화상 표시용 화상 데이터의 입력과, LCD 드라이버(156)에의 화상 데이터의 출력을 동시에 실행할 수 있다. LCD(158)의 해상도나 최대 발색수는 VRAM(162)의 용량에 의존한다.

SDRAM(synchronous DRAM; 164)은 기억부의 일예로서, 촬영한 화상의 화상 데이터를 일시적으로 보존한다. SDRAM(164)은 여러 개 화상의 화상 데이터를 기억할 수 있는 기억용량을 가지고 있다. 또한 SDRAM(164)은 DSP/CPU(120)의 동작 프로 그램을 보존한다. SDRAM(164)으로의 화상의 읽고 쓰기는 화상 입력 콘트롤러(110)에 의해 제어된다.

미디어 콘트롤러(166)는 기록 미디어(168)에의 화상 데이터의 기입, 또는 기록 미디어(168)에 기록된 화상 데이터나 설정 정보 등의 독출을 제어한다. 기록 미디어(168)는, 예를 들면 광디스크(CD, DVD, 블루레이 디스크 등)나, 광자기 디스크나, 자기 디스크나, 반도체 기억 매체 등일 수 있으며, 촬영된 화상 데이터를 기록한다. 미디어 콘트롤러(166)와, 기록 미디어(168)는 촬상 장치(100)에서 착탈 가능하게 설치될 수 있다.

또한 촬상 장치(100)에서의 일련의 처리는 하드웨어에서 처리해도 좋고, 컴퓨터상의 프로그램에 의한 소프트웨어 처리로 실현해도 좋다.

도 2는 포커스 렌즈(104), CMOS센서(107), 콘덴서 렌즈(172), 세퍼레이터 렌즈(174) 및 AF센서(111)의 관계 및 구성을 도시한 모식도이다. 이하에서는 포커스 렌즈(104) 등의 광학계와 AF센서(111)에 대해서 상세히 설명한다.

도 2의 CMOS센서(107)는 촬상면을 가리킨다. 광축상의 피사체 A점과 포커스 렌즈(104)의 관계는 합초 상태이고, 광축상의 피사체 B점과 포커스 렌즈(104)의 관계는 피사체가 앞 쪽에 초점이 맞추어진 상태이고, 광축상의 피사체 C점과 포커스 렌즈(104)의 관계는 피사체가 뒷 쪽에 초점이 맞추어진 상태이다.

광축상의 피사체 A점에서 포커스 렌즈(104)를 통과하는 영상광의 일부(도 2의 회색 부분)는 촬상면으로 합초된 후, AF센서(111)의 콘덴서 렌즈(172)에 세퍼레이터 렌즈(174) 측으로 구부려진다. 구부려진 광은 세퍼레이터 렌즈(174)에 의해 분할되고, 분할된 광속이 AF센서의 수광면(176) 위에 다시 결상된다.

도 3은 분할되는 광속(182)을 포커스 렌즈 위치에서 도시한 모식도이다.

세퍼레이터 렌즈(174)의 광축은 콘덴서 렌즈(172)에 대해 편심되어 있다. 따라서 초점 상태(합초 또는 앞 쪽에 초점이 맞추어진 상태, 뒷 쪽에 초점이 맞추어진 상태)에 따라 피사체의 상이 AF센서(111)의 수광면 위에서 결상되는 위치가, 세퍼레이터 렌즈(174)의 광축의 편심 방향으로 엇갈린다. 이 엇갈림량은 초점 상태에 대응한 것으로서, 분할된 1쌍의 광속이 AF센서(111)의 수광면 위에서 결상되었을 때의 1쌍의 피사체의 영상광의 간격을 산출함으로써 초점 상태를 검출할 수 있다.

AF센서(111)에 배치된 복수의 광전 변환 소자들 가운데, 상기 편심 방향과 평행하게 배치된 광전 변환 소자들이 하나의 소자 라인으로서 선택된다. 이로써 AF센서(111)에 결상된 피사체의 영상광의 간격을 산출할 수 있다.

도 4는 본 실시예의 촬상 장치(100)의 뷰 파인더(10)와 거리 측정 영역(12)의 사이의 관계를 도시한 설명도이다. 이하에서는 본 실시예의 위상차 검출 방식에 대해서 설명한다.

위상차 검출 방식은, 피사체로부터의 광속을 2개로 분리하고, 광의 분포 출현 거리에 기초하여 촬상 장치(100)와 피사체간의 거리를 산출한다. 본 실시예의 위상차 검출 방식에서는, 광의 검출에 CMOS센서를 적용한 AF센서(111)를 사용한다. 그리고 AF센서(111)의 2차원 방향으로 배치된 광전 변환 소자들 중 가상의 선분 위에 배치된(일 방향을 따라 배치된) 복수의 광전 변환 소자로 이루어진 여러 개의 수평한 소자 라인들(184, 186, 188)을 사용한다. 수평한 소자 라인들(184, 186, 188)은 서로 평행하다. 수평한 소자 라인들(184, 186, 188)에는 각각 복수의 광전 변환 소자가 1차원 방향으로 배치되어 있다. 뷰 파인더(10) 안에 거리 측정 영역(12)이 설정되어 있을 때, 촬상 장치 내부에는 거리 측정 영역(12)에 대응하여 3개의 수평 라인(184, 186, 188)이 배치된다.

또한 본 실시예에서는 CMOS센서에서 하나의 수평 라인을 추출하는 인용 문헌 1의 기술과 달리 AF센서(111)의 CMOS센서에서 여러 개의 평행한 수평 라인을 센서로 사용한다. 여러 개의 평행한 수평 라인은 동일한 거리 측정 영역에 포함된다. 거리 측정 영역은 CMOS센서(107)의 일부 영역으로서, 본 실시예의 CMOS센서(107)에 적용하는 거리 측정 영역은, 거리 측정 연산을 할 때의 최소 단위(최소 영역)가 된다. 그리고 이 거리 측정 영역은, 예를 들면 LCD(158)에 표시되는 최소 단위의 거리 측정 영역(합초를 확인하기 위한 테두리)와 대등한 관계에 있다. 또한 본 실시예의 하나의 거리 측정 영역이란, 여러 개의 거리 측정 최소 단위로 구성된 하나의 멀티 AF시스템을 가리키는 것이 아니라 거리 측정 연산을 할 때의 하나의 최소 단위를 말한다.

본 실시예의 위상차 검출 방식에서는, 피사체로부터의 광속이 예를 들면 좌우 방향으로 2개로 분리되어 각각의 수평 라인(184, 186, 188)에 조사된다. 도 4에 도시한 거리 측정 영역(12)에 두 개의 피사체(5, 7)가 있는 경우, 위쪽 또는 아래쪽에 위치하는 수평 라인(186, 188)의 좌우 부분은 도 5 상단에 도시한 출력값의 분포를 각각 얻을 수 있다. 이는 수평 라인(186, 188)의 위에는 피사체(5)만 결상 되기 때문이다. 한편, 중앙의 수평 라인(184)의 좌우 부분에서는 도 5의 하단에 도시한 출력값과 같은 분포를 얻을 수 있다. 이는 수평 라인(186, 188)의 위에는 피사체(5, 7)가 결상되기 때문이다.

도 5는 본 실시예의 촬상 장치(100)의 수평 라인(184, 186, 188)의 출력값의 분포를 도시한 그래프이다. 좌우의 출력의 피크값의 파형간 거리는 촬상 장치와 피사체간의 거리에 따라 변화된다. 예를 들면, 촬영 거리가 길어지면 파형간 거리는 짧아지고, 촬영 거리가 짧아지면 파형간 거리는 길어진다.

도 5에서는 좌우의 출력 피크값의 파형간 거리(A)는 촬상 장치(100)와 피사체(5)간의 거리에 대응하고, 파형간 거리(B)는 촬상 장치(100)와 피사체(7)간의 거리에 대응한다. 파형간 거리(A, B)를 산출하기 위해서는 좌우 2개의 파형의 상관이 가장 강해지는 곳을 검출할 필요가 있다.

상관 검출의 방법에는, 예를 들면, 일 측의 파형 데이터를 화소 단위로 쉬프트(천이)하면서 타 측 파형 데이터와의 차분의 총합을 취하여, 총합이 최소가 될 때의 거리를 상관이 가장 강한 파형간 거리로 판단하는 방법이 있다.

이때의 상관값은, 예를 들면 수학식 2로 표시할 수 있다. 도 5의 상단에 도시한 출력값 분포에서는, 도 14와 같은 상관값과 파형간 거리의 관계를 얻을 수 있으며, 도 5의 하단에 도시한 출력값 분포에서는, 도 17과 같은 상관값과 파형간 거리의 관계를 얻을 수 있다. 도 14에서는 상관 최소값(min1)이 도 5의 상단의 파형간 거리(A)와 대응한다. 또한 도 17에서는 상관 최소값(min2)이 도 5의 하단의 파형간 거리(A, B)와 대응한다.

여기에서 n은 영역의 화소수, j는 상대 화소 위치이다.

본 실시예에서는, 중앙의 수평 라인(184)에서 검출된 출력값의 분포뿐 아니라 위쪽 또는 아래쪽에 위치하는 수평 라인(186, 188)에서 검출된 출력값의 분포를 사용한다. 여러 개의 데이터를 사용하기 때문에 보다 정확하게 촬상 장치(100)와 피사체간의 거리를 산출할 수 있다. 또한 여러 개의 출력값의 피크값이 검출되는 경우에도 하나의 수평 라인 또는 종래의 라인 센서를 사용하는 경우와 달리 오차가 생기거나 거리 산출이 불가능해지는 문제가 발생하지 않는다. 그 결과, 촬상 장치(100)와 피사체간의 거리를 보다 고정밀도로 산출할 수 있다.

다음으로, AF센서(111) 위의 소자 라인에 대해서 설명한다. 도 6 및 도 7은 본 실시예에 관한 AF센서(111)의 광전 변환 소자의 배치를 도시한 평면도이다.

AF센서(111)에 적용하는 CMOS센서의 각 광전 변환 소자는, 도 6에 도시한 바와 같이 매트릭스 패턴으로 구성되어도 좋고, 도 7에 도시한 바와 같이 벌집형 패턴으로 구성되어도 좋다. 매트릭스 패턴이란, 수평한 방향과 수평한 방향에 수직 방향으로 복수의 광전 변환 소자가 배치된 패턴이다. 벌집형 패턴이란, 수평한 방향과 수평한 방향에 대해 90도 이외의 각도를 가진 방향으로 복수의 광전 변환 소자가 배치된 패턴이다.

도 6에 도시한 AF센서(111)에서는, 포커스 제어시에 위상차 검출을 할 때 하나의 가상 선분 위에 배치된 복수의 광전 변환 소자들, 즉 일 방향을 따라 배치되는 광전 변환 소자들로 이루어진 소자 라인(L11, L12, L13, R11, R12, R13)에서 출력되는 전기 신호가 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출된다. 도 6에서 음영으로 표시된 광전 변환 소자들이 각각의 소자 라인을 나타낸다. 그리고 L11과 R11을 잇는 라인이 도 6에 도시한 수평 라인(186)에 대응하고, L12와 R12를 잇는 라인이 수평 라인(184)에 대응하며, L13과 R13을 잇는 라인이 수평 라인(188)에 대응한다.

또한 일 측에 배치된 소자 라인(L11, L12, L13)의 조합을 제1 소자 라인 세트라고 하고, 타 측에 배치된 소자 라인(R11, R12, R13)의 조합을 제2 소자 라인 세트라고 한다. 소자 라인 세트들은 CMOS센서(107) 중 일부의 영역인 거리 측정 영역 안에 포함된다.

또한 AF연산 제어부(132)는, 소자 라인(L11)의 출력값의 강도 분포와 소자 라인(R11)의 출력값의 강도 분포의 상관을 산출하고, 피사체와의 거리를 산출한다. 또한 본 실시예에서는 여러 개의 라인에 대해서 상관을 산출하기 때문에 소자 라인(L12)과 (R12)의 상관, 소자 라인(L13)과 (R13)의 상관을 산출한다.

도 7에 도시한 AF센서(111)에서도 도 6의 경우와 마찬가지로, 하나의 가상 선분 위에 배치된, 즉 일 방향을 따라 배치된 복수의 광전 변환 소자들로 이루어진 소자 라인(L21, L22, L23, R21, R22, R23)에서 출력된는 전기 신호가 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출된다. 그리고 AF연산 제어부(132)는 소자 라인(L21)과 (R21)의 상관, 소자 라인(L22)와 (R22)의 상관, 소자 라인(L23)과 (R23)의 상관을 산출한다.

(제1 실시예의 동작)

다음으로, 도 8을 참조하여 본 실시예에 관한 촬상 장치의 포커스 제어에서의 촬영 거리 산출 동작에 대해서 설명한다. 도 8은 본 실시예에 관한 촬상 장치의 포커스 제어에서의 촬영 거리 산출 동작을 도시한 흐름도이다.

우선, AF센서(111)의 수평 라인(예를 들면, 수평 라인(184, 186, 188) 등)마다 각 광전 변환 소자에서 출력하는 출력값(화소값)이 취득된다(독출된다)(단계S101). 그리고 AF센서(111)에서의 좌우 소자 라인의 출력값의 강도 분포를 비교하여 상관을 계산한다(단계S102). 예를 들면, 소자 라인(L11)과 (R11)의 상관, 소자 라인(L12)과 (R12)의 상관, 소자 라인(L13)과 (R13)의 상관을 산출한다.

다음으로, 산출한 상관값 중 최소값을 수평 라인마다 유지한다(단계S103). 그리고 유지한 상관값의 최소값이 소정값보다 낮은지의 여부를 판단한다(단계S104). 즉, 상관값이 낮을수록 소자 라인끼리의 상관은 높아지기 때문에 신뢰성이 높다. 따라서 상관값의 최소값이 소정값보다 낮은 경우에는 특별히 처리하지 않고 단계 S106로 진행한다. 한편, 상관값의 최소값이 소정값보다 높은 경우에는 그 수평 라인에 관해서는 신뢰성이 낮다고 판단하여 거리 산출 대상에서 제외한다(단계 S105). 이로써 보다 신뢰성 높은 거리 산출을 할 수 있다.

다음으로, 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프(예를 들면, 도 14나 도 17에 도시한 그래프)가 어떠한 형상인지에 대해 그래프의 첨도(뾰족한 정도)를 평가한다(단계S106). 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프의 형상 이 하나의 산(山)을 갖는 1산(一山) 분포 형태이면, 피사체는 하나라고 판단할 수 있다. 반면 그래프의 형상이 1산 분포 형태가 아닌 경우에는 피사체는 거리가 다른 것이 여러 개 존재한다고 판단할 수 있다(단계S107). 그리고 그래프의 형상이 1산 분포 형태가 아닌 경우, 그 수평 라인은 거리 산출 대상에서 제외한다(단계S108). 반면, 그래프의 형상이 1산 분포일 때에는 단계 S109로 진행한다. 이로써 거리를 산출해야 하는 피사체를 한정할 수 있다.

다음으로, 상기 각 처리 결과, 남은 수평 라인의 출력값은 신뢰성이 높은 값으로 보아, 그 수평 라인의 출력값에 기초하여 파형간 거리를 산출하여, 촬상 장치(100)와 피사체간의 촬영 거리를 더 산출한다. 또한 남은 수평 라인이 여러 개 있는 경우에는 촬영 거리가 가장 근거리인 라인(파형간 거리가 가장 긴 라인)을 우선으로 촬영 거리를 결정한다(단계S109). 이상의 각 단계에 의해 촬상 장치(100)의 포커스 제어에서의 촬영 거리를 결정할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 하나의 거리 측정 영역에 대응하는 부분에 수평 라인을 3개 설치하는 경우에 대해서 설명했으나, 본 발명은 상기 예에 한정되지 않는다. 촬상 장치(100)에는 여러 개의 거리 측정 영역이 마련될 수 있고, 각각의 거리 측정 영역에 대응하는 부분에 수평 라인이 여러 개 설치될 수 있다. 그리고 거리 측정 영역마다 상기 단계 S101 ~ 단계 S109의 처리를 하여 촬영 거리를 산출한다. 그 후, 거리 측정 영역마다 얻어진 거리를 비교하여 최적의 촬영 거리를 결정한다.

본 실시예에 의하면, 하나의 거리 측정 영역 안에 거리가 다른 여러 개의 피사체가 혼재되었을 때 거리 산출시에 오차가 생기지 않게 되어 산출 결과의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 2차원 방향으로 광전 변환 소자가 배치된 CMOS센서를 AF센서(111)로 사용하기 때문에 여러 개의 라인 센서를 평행하게 배치하는 경우에 비해 피사체의 영상광의 검출 범위에 자유도가 있다. 즉 라인 센서를 평행하게 나열한 경우, 각 라인 센서는 두꺼운 패키지를 가지기 때문에 라인 센서 상호간에 빈틈이 생긴다. 그 결과, 피사체의 화상의 검출 범위에 제한이 발생한다. 반면, 본 실시예와 같이 CMOS센서라면, 광전 변환 소자 단위로 독출 위치를 지정할 수 있기 때문에 검출 범위의 자유도가 높다.

또한 본 실시예와 같이 CMOS센서에서는 복수의 광전 변환 소자가 2차원 방향으로 근접하여 배치되기 때문에 AF센서(111)의 장치 본체에 대한 설치 오차가 발생한 경우에도 독출 위치를 변경하면 되므로 조정이 간단하다. 반면, 라인 센서를 이용한 종래의 기술의 광전 변환 소자가 1차원 방향으로만 배열되기 때문에 설치 정밀도가 높아 제조 공정이 어려웠다.

(제2 실시예)

도 9 및 도 10은 본 실시예에 관한 AF센서(111)의 광전 변환 소자의 배치를 도시한 평면도이다. 이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 관한 촬상 장치(100)에 대해서 설명한다.

도 9는, AF센서(111)에 적용하는 CMOS센서의 각 광전 변환 소자가 매트릭스 패턴으로 배치되는 경우를 도시한다. 도 10은, 각 광전 변환 소자가 벌집형 패턴으로 배치되는 경우를 도시한다.

제2 실시예는, 제1 실시예와 비교하여 각 광전 변환 소자의 독출 범위가 다르다. 이하에서는 독출 범위에 대해서 설명한다. 제1 실시예에서는, 도 11(A)에 도시한 바와 같이 하나의 수평 라인에 포함되는 2개의 소자 라인(L30, R30)의 상관을 계산하였다. 이 때, 굵은 선으로 둘러싼 하나씩의 광전 변환 소자의 단위로 출력값을 취득하였다.

반면, 본 실시예는 일 측의 서로 평행한 여러 개의 소자 라인(L31, L32, L33, L34)을 하나의 조로서 제1 소자 라인 세트로 정하고, 타 측의 서로 평행한 여러 개의 소자 라인(R31, R32, R33, R34)을 하나의 조로서 제2 소자 라인 세트로 정한다.

그리고 주사 방향(소자 라인의 길이 방향)과 다른 방향(예를 들면, 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 수직 방향)의 광전 변환 소자 등의 출력값을 가산한다. 예를 들면, 도 11(B)에 도시한 예에서는, 굵은 선으로 둘러싼 4개의 광전 변환 소자의 출력값의 가산치를 취득한다. 그리고 굵은 선으로 둘러싼 4개의 광전 변환 소자를 하나의 화소로서 취급하고, 이를 기초로 주사 방향의 화소의 출력값(가산치)의 강도 분포를 비교하여 상관을 산출한다.

도 10에 도시한 벌집형 패턴의 예도 동일하다. 제1 실시예에서는 도 10(A)에 도시한 바와 같이 소자 라인(L40, R40)에서 굵은 선으로 둘러싼 하나씩의 광전 변환 소자의 단위로 출력값을 취득하였다. 반면, 본 실시예에 의하면 도 10(B)에 도시한 바와 같이 소자 라인(L41) (L44)로 이루어진 제1 소자 라인 세트, 소자 라인(R41) (R44)로 이루어진 제2 소자 라인 세트에서 굵은 선으로 둘러싼 4개의 광 전 변환 소자를 하나의 화소로서 취급하여, 이를 기초로 주사 방향의 화소의 출력값(가산치)의 강도 분포를 비교하여 상관을 산출한다. 또한 도 10(B)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 1라인 간격으로 소자 라인을 추출하여 가산 대상으로 하는 광전 변환 소자들을 주사 방향에 대해 수직 방향으로 배열된 광전 변환 소자들에서 선택된다 또한 도 10(C)에 도시한 바와 같이 서로 인접하도록 소자 라인을 추출해도 좋다. 이 때, 도 10(C)에 도시한 바와 같이 소자 라인(L45) (L48)으로 이루어진 제1 소자 라인 세트, 소자 라인(R45) (R48)으로 이루어진 제2 소자 라인 세트에서, 굵은 선으로 둘러싼 4개의 광전 변환 소자를 하나의 화소로서 취급한다. 가산 대상으로 하는 광전 변환 소자들은, 주사 방향에 대해 거의 수직 방향을 따라 지그재그로 배열된다.

본 실시예에 의하면 AF센서(111)에서 하나씩의 광전 변환 소자의 단위에서는 충분한 다이나믹 레인지를 얻을 수 없는 경우에도, 복수의 광전 변환 소자의 출력값을 가산하기 때문에 각 광전 변환 소자의 다이나믹 레인지가 좁은 것을 보완할 수 있어 감도를 높일 수 있다. 또한 주사 방향에 대해 수직 방향의 화소를 가산하는 경우, 주사 방향의 성분이 포함되지 않기 때문에 소성(素性)이 좋은 데이터를 얻을 수 있다. 또한 본 실시예에 의하면, 통상의 CMOS센서로 고감도의 AF센서를 실현할 수 있다. 따라서 별도의 고감도의 광전 변환 소자의 개발, 제조가 불필요해져 비용 상승을 억제할 수 있다.

또한 제1 실시예에서는, 서로 평행한 여러 개의 소자 라인을 독출하여 거리 측정 영역에 여러 개의 피사체가 포함될 때의 거리 산출 정밀도를 향상시켰다.

본 실시예에서는 서로 평행한 여러 개의 소자 라인으로 이루어진 소자 라인 세트를 여러 개 독출함으로써 고감도 및 거리 측정 영역에 여러 개의 피사체가 포함될 때의 거리 산출 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다. 도 11은, 본 실시예에 관한 AF센서(111)의 광전 변환 소자의 배치를 도시한 평면도이다.

도 11(A)은 소자 라인(L50, L60, L70, R50, R60, R70)에서 굵은 선으로 둘러싼 하나씩의 광전 변환 소자의 단위로 출력값을 취득하는 경우이다. 본 실시예에서는 도 11(B)에 도시한 바와 같이, 굵은 선으로 둘러싼 4개의 광전 변환 소자를 하나의 화소로서 취급하고, 주사 방향의 화소의 출력값(가산치)의 강도 분포를 비교하여 상관을 산출한다.

도 11(B)의 소자 라인 세트는, 소자 라인(L51, L52, L53, L54)로 이루어진 소자 라인 세트, 소자 라인(R51, R52, R53, R54)로 이루어진 소자 라인 세트, 소자 라인(L61, L62, L63, L64)로 이루어진 소자 라인 세트, 소자 라인(R61, R62, R63, R64)로 이루어진 소자 라인 세트, 소자 라인(L71, L72, L73, L74)로 이루어진 소자 라인 세트, 소자 라인(R71, R72, R73, R74)로 이루어진 소자 라인 세트가 있다.

이 때, 소자 라인 세트들과 서로 중복되지 않는 광전 변환 소자들 중 주사 방향에 대해 수직 방향의 광전 변환 소자를 가산한다. 이로써 AF센서(111)는 고정밀도로 피사체의 영상광을 검출할 수 있다.

또한 가산되는 소자 라인의 길이 방향과 다른 방향(예를 들면, 소자 라인이 연장되는 방향을 가로지르는 수직 방향)에 배치된 광전 변환 소자의 수(가산수)는, 피사체의 영상광의 휘도 레벨에 따라 가변적일 수 있다.

예를 들면, AE연산 제어부(132)가 AE센서(114)의 출력값을 받아 휘도 레벨을 파악한다. 그리고 AE연산 제어부(132)가 가산 필요성이나 가산수를 결정하여 결과를 AF센서(111)에 보낸다. 이로써 피사체의 휘도에 따른 감도를 가진 AF센서를 실현할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 촬상 장치를 나타내는 블럭도이다.

도 2는 도 1의 촬상 장치에 구비되는 포커스 렌즈, CMOS센서, 콘덴서 렌즈, 세퍼레이터 렌즈 및 AF센서의 관계와 개략적인 구성을 나타내는 모식도다.

도 3은 도 2의 포커스 렌즈의 위치에서 분할되는 광속을 도시한 모식도다.

도 4는 도 1의 촬상 장치의 뷰 파인더(10)와 거리 측정 영역(12)의 관계를 도시한 설명도이다.

도 5는 도 1의 촬상 장치의 수평 라인의 출력값 분포를 도시한 그래프이다.

도 6은 도 1의 촬상 장치에 구비되는 AF센서의 광전 변환 소자의 배치의 일 예를 도시한 평면도이다.

도 7은 도 1의 촬상 장치에 구비되는 AF센서의 광전 변환 소자의 배치의 다른 예를 도시한 평면도이다.

도 8은 도 1의 촬상 장치의 포커스 제어에서의 촬영 거리 산출 동작을 도시한 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 관한 촬상 장치에 구비되는 AF센서의 광전 변환 소자의 배치를 도시한 평면도이다.

도 10은 도 9의 AF센서의 광전 변환 소자의 배치의 다른 예를 도시한 평면도이다.

도 11은 도 9의 AF센서의 광전 변환 소자의 배치의 또 다른 예를 도시한 평면도이다.

도 12는 종래의 촬상 장치의 뷰 파인더 및 거리 측정 영역과의 관계를 도시한 설명도이다.

도 13은 종래의 촬상 장치의 라인 센서의 출력값의 분포를 도시한 그래프이다.

도 14는 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프이다.

도 15는 종래의 촬상 장치의 뷰 파인더와 거리 측정 영역의 관계를 도시한 설명도이다.

도 16는 종래의 촬상 장치의 라인 센서의 출력값의 분포를 도시한 그래프이다.

도 17은 상관값과 파형간 거리의 관계를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 촬상 장치 130: CPU

101: 결상 광학계 135: 조작부재

102: 줌렌즈 141, 143, 145: 드라이버

103: 조리개 142, 144, 146: 모터

104: 포커스 렌즈 152: 화상 신호 처리 회로

105: 퀵 리턴 미러 154: 압축 처리 회로

106: 셔터 156: LCD 드라이버

107: CMOS센서 158: LCD

108, 112: CDS/AMP부 162: VRAM

109, 113: A/D변환부 164: SDRAM

110, 131: 화상 입력 콘트롤러 166: 미디어 콘트롤러

120: DSP/CPU 168: 기록 미디어

121: 타이밍 제너레이터

Claims (11)

1. 2차원 방향으로 배치되어 피사체로부터 입사된 영상광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광전 변환 소자들;

   일 방향을 따라 배치되는 복수의 상기 광전 변환 소자들로 이루어진 소자 라인에서, 상기 광전 변환 소자들의 상기 전기 신호를 순차적으로 독출하는 독출부; 및

   서로 평행한 복수의 상기 소자 라인들로 이루어진 제1 소자 라인 세트의 상기 전기 신호와, 상기 제1 소자 라인 세트의 상기 소자 라인들의 연장 방향을 따라 연장되며 서로 평행한 복수의 상기 소자 라인들로 이루어진 제2 소자 라인 세트의 상기 전기 신호의 강도 분포의 차이에 기초하여 상기 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 산출부;를 구비하고,

   상기 거리 산출부는, 상기 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 상기 광전 변환 소자들의 상기 전기 신호의 강도를 가산한 가산치에 기초하여 상기 제1 소자 라인 세트의 상기 강도 분포와 상기 제2 소자 라인 세트의 강도 분포를 비교하여 상기 거리를 산출하며,

   상기 거리 산출부가 상기 가산치를 얻기 위해 전기 신호의 강도를 가산하는 상기 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 상기 광전 변환 소자들의 수는, 상기 피사체의 영상광의 휘도 레벨에 따라 가변적인, 촬상 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 거리 산출부가 상기 가산치를 얻기 위해 전기 신호의 강도를 가산하는 상기 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 상기 광전 변환 소자들은, 상기 제1 소자 라인 세트와 상기 제2 소자 라인 세트의 상기 광전 변환 소자들과 서로 중복되지 않도록 선택되는, 촬상 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 거리 산출부가 상기 가산치를 얻기 위해 전기 신호를 가산하는 상기 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 상기 광전 변환 소자들 은, 직선 상에 배치되는, 촬상 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 복수의 광전 변환 소자들은 매트릭스형이나 벌집 모양으로 배치되는, 촬상 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1 소자 라인 세트 및 상기 제2 소자 라인 세트는 상기 광전 변환 소자들 중에서 사용자에 의해 선택될 수 있는, 촬상 장치.
9. 피사체로부터 입사된 영상광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광전 변환 소자들이 일 방향을 따라 배치된 소자 라인에서 상기 전기 신호를 상기 광전 변환 소자마다 순차적으로 독출하는 단계; 및

   서로 평행한 복수의 상기 소자 라인으로 이루어진 제1 소자 라인 세트의 상기 전기 신호와, 상기 제1 소자 라인 세트의 상기 소자 라인들의 연장 방향을 따라 연장되며 서로 평행한 복수의 상기 소자 라인들로 이루어진 제2 소자 라인 세트의 상기 전기 신호의 강도 분포의 차이에 기초하여 상기 피사체까지의 거리를 산출하는 단계;를 포함하고,

   상기 거리를 산출하는 단계는, 상기 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 상기 광전 변환 소자들의 상기 전기 신호의 강도를 가산한 가산치에 기초하여 상기 제1 소자 라인 세트의 상기 강도 분포와 상기 제2 소자 라인 세트의 강도 분포를 비교하여 상기 거리를 산출하며,

   상기 거리를 산출하는 단계에서 상기 가산치를 얻기 위해 전기 신호의 강도를 가산하는 상기 소자 라인의 연장 방향을 가로지르는 방향을 따라 배치되는 상기 광전 변환 소자들의 수는, 상기 피사체의 영상광의 휘도 레벨에 따라 가변적인, 촬상 방법.
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