KR101997863B1

KR101997863B1 - 자동초점 성능이 개선된 촬상 디바이스

Info

Publication number: KR101997863B1
Application number: KR1020187021324A
Authority: KR
Inventors: 아르옌 반 더 지데
Original assignee: 루미리즈 홀딩 비.브이.
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-07-08
Also published as: US11895400B2; US10536623B2; CN108886571A; US20200112686A1; KR20180111813A; EP3430798A1; US11184522B2; EP3430798B1; WO2018166829A1; JP6547073B2; TWI756381B; TW201904262A; US20190342502A1; JP2019517011A; ES2741888T3; CN108886571B; US20220046179A1

Abstract

본 발명은 영상 센서(2), 촬상 렌즈(3), 장면(SC)을 조명하는 적외선 광원(5), 및 자동초점 기능을 제공하는 적외선 자동초점 시스템(6)을 포함하는 촬상 디바이스(1)를 설명하고, 여기서 영상 센서(2)는 양 화소 센서(22a, 22b)로부터 합 신호로서 영상 데이터(D1)를 기록하기 위해 이중 화소(22) 당 2개의 별개의 화소 센서(22a, 22b)를 포함하고 위상 콘트라스트(PC) 자동초점 맞춤을 위해 2개의 화소 센서(22a, 22b) 각각으로부터 개별적인 신호들로서 적외선 데이터(D2)를 제공하는 이중 화소(22)로서 각각 배열된 센서 화소들의 어레이(21)를 포함하고, 여기서 적외선 필터(7)가 촬상 디바이스(1)의 어퍼처(4)와 영상 센서(2) 사이에 배열되고 적외선 차단 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제1 영역(71) 및 적외선 대역통과 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제2 영역(72)을 포함함으로써 적외선 광(IR)의 부분만을 영상 센서(2)에 국부적으로 투과시키도록 적응된다. 본 발명은 또한 이 디바이스(1)를 자동으로 초점 맞추는 방법(100)에 관한 것이다.

Description

자동초점 성능이 개선된 촬상 디바이스

본 발명은 자동초점 성능이 개선된 촬상 디바이스 및 촬상 디바이스를 자동으로 초점 맞추는(automatically focus) 방법에 관한 것이다.

적절히-노출되고, 초점 맞추어지고 화이트-밸런싱되는 사진을 위해 요구되는 3A 알고리즘들(자동초점, 자동-노출, 자동 화이트-밸런싱)로 인해, 사진들을 찍기 위한 "리드 타임(lead time)"은 (특히 움직이는 아이들 또는 동물들에 대해) 귀찮을 정도로 길 수 있다. 임의의 시스템이 어둡거나 낮은 광 조건들 하에서, 동작할 광자들을 필요로 하기 때문에, 자동초점 시스템은 추가의 광을 필요로 할 수 있다. 그러나, 길거나 연속적인 사전 플래시 광(pre-flash light)은 종종 요구되지 않는다. IR 자동초점은 이러한 경우들을 위해 개발되었다. 불행히도, 이러한 IR 자동초점 시스템들은 추가의 센서를 필요로 하고, 완전한 영상에 걸치기보다는 일반적으로 영상의 하나 또는 선택된 점들에서만 동작한다. 완전한 영상을 고려한 낮은 광 조건들 하에서도 신뢰성 있는 자동초점 기능을 제공하는 감소된 수의 소자들을 갖는 소형 자동초점 시스템을 획득하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 선택된 점들로 제한되지 않는 낮은 광 조건들 하에서도 신뢰성 있는 자동초점 기능을 제공하는 감소된 수의 소자들을 갖는 소형 자동초점 시스템을 제공하는 것이다. 적외선 광을 감지하는 자동초점 시스템들은 길고 연속적인 사전 플래시 광을 피한다. 임의의 시스템이 어둡거나 낮은 광 조건들 하에서, 동작할 광자들을 필요로 하기 때문에, 자동초점 시스템에는 낮은 광 조건들 하에서도 신뢰성 있는 자동초점 기능을 제공하는 추가의 광원이 설치된다.

본 발명은 독립 청구항들에 의해 정의된다. 종속 청구항들은 유리한 실시예들을 정의한다.

제1 양태에 따르면, 촬상 디바이스가 제공된다. 촬상 디바이스는 장면으로부터의 영상 데이터를 기록하는 영상 센서, 촬상 디바이스의 어퍼처(aperture)와 영상 센서 사이의 광 경로에 배열된 촬상 렌즈, 장면을 조명하는 적외선 광원, 및 촬상 렌즈의 초점 내에 영상 센서를 자동으로 설정하는 적외선 자동초점 시스템을 포함하고, 영상 센서는 영상 센서에 의해 양 화소 센서로부터 합 신호로서 영상 데이터를 기록하기 위해 이중 화소 당 2개의 별개의 화소 센서를 포함하고 위상 콘트라스트 자동초점 맞춤(phase contrast autofocusing)을 위한 자동초점 시스템에 2개의 화소 센서 각각으로부터 개별적인 신호들로서 적외선 데이터를 제공하는 이중 화소로서 각각 배열된 센서 화소들의 어레이를 포함하고, 적외선 필터가 어퍼처와 영상 센서 사이의 광 경로에 배열되고 적외선 광(IR) 이하의 부분만을 광 경로를 따라 영상 센서에 국부적으로 투과시키도록 적응된다.

용어 "촬상 디바이스(imagining device)"는 사진들 또는 영화들로서 영상 데이터를 저장하는 저장 디바이스 상에 영상들 또는 영상들의 시퀀스들을 기록하기에 적합한 모든 디바이스들 또는 사진들 또는 영화들로서 영상 데이터를 저장하는 저장 디바이스 상에 영상들 또는 영상들의 시퀀스들을 기록하기에 적합한 소자들을 포함하는 디바이스들을 의미한다.

용어 "촬상 렌즈"는 형성된 빔의 검출된 광으로부터 발생한 대응하는 영상 데이터를 기록하기 위해 촬상 디바이스들에 들어가는 가시 및 적외선 광의 빔을 형성하는 렌즈 시스템을 형성하는 모든 렌즈들 또는 다수의 서브-렌즈의 조합들을 의미한다. 어퍼처는 장면으로부터의 광 빔이 촬상 렌즈에 의해 추가로 형성되도록 촬상 디바이스에 들어가는 촬상 디바이스의 개구를 의미한다. 광 빔은 장면으로부터 방출 또는 반사되는 가시 및 적외선 광을 의미한다. 장면은 촬상 디바이스에 의해 기록되는 것을 의미한다.

용어 "적외선 광원"은 750㎚보다 긴 파장을 갖는 적외선 광을 제공하는 임의의 적합한 광원을 의미한다. 적외선 광원은 촬상 디바이스에 의해 기록될 장면을 조명하기에 적합한 촬상 디바이스의 하우징에서의 임의의 위치에 또는 광학 수단이 적외선 광을 외부로 안내하는 광학 디바이스 내의 위치에 배열될 수 있다.

용어 "적외선 자동초점 시스템"은 여기서 어퍼처를 통해 촬상 디바이스에 들어가는 광의 적외선 스펙트럼 내의 광으로부터의, 광학 센서 데이터에 기초하여 영상 센서를 초점 내에 설정하기 위해 촬상 렌즈의 광학 축을 따라 촬상 렌즈들을 이동시키는 촬상 디바이스의 모터를 자동으로 제어하기에 적합한 임의 종류의 시스템을 의미한다.

영상 센서는 센서 화소들의 어레이를 포함하는, 영상 또는 영화로서 기록될 장면으로부터의 영상 데이터와 자동초점 맞춤을 위해 사용될 장면으로부터 또한 획득된 자동초점 데이터 둘 다를 검출하도록 적응된다. 센서 화소의 수는 영상 데이터가 취해질 수 있는 해상도를 결정한다. 화소 당 단지 하나의 센서를 갖는 것 대신에 본 발명에 따른 영상 센서는 하나의 단일 영상 센서 내에 자동초점 기능뿐만 아니라 영상을 찍는 기능을 통합하기 위해 소위 이중 화소들을 포함한다. 각각의 이중 화소는 가시 광과 적외선 광 둘 다를 감지하는 2개의 별개의 화소 센서를 포함하고, 여기서 영상 데이터가 각각의 이중 화소의 양 센서의 합 신호로부터 발생한다. 합 신호는 각각의 이중 화소의 각각의 화소 센서의 검출된 광의 중첩이다. 그것과 대조적으로 제공된 자동초점 신호는 각각의 이중 화소의 각각의 센서 화소로부터 독립적으로 발생한 개별적인 신호들이다. 각각의 이중 화소들의 양 신호에 대한 위상 콘트라스트를 분석하는 것으로부터 자동초점 신호는 영상 센서를 촬상 렌즈의 초점 내에 설정하기 위해 촬상 렌즈의 위치를 조정하기 위해 모터 기능을 제어하는 제어 신호들을 발생한다. 위상 콘트라스트에 기초한 자동초점 기능은 일반적으로 가시 광 및/또는 적외선 광으로 동작한다. 그러나 가시 광이 아니거나 아주 덜한 가시 광의 경우에, 조명 디바이스들의 적외선 광원은 자동초점 목적들을 위해 장면을 조명하고, 여기서 자동초점 데이터는 적외선 데이터에 대응하고 자동초점 신호는 적외선 신호에 대응한다.

용어 "적외선 필터"는 영상 센서를 향하는 적외선 광의 투과를 국부적으로 감소시키거나 전체적으로 차단하기 위해 임의의 적합한 위치에서 어퍼처와 영상 센서 사이에 배열된 필터를 의미하지만, 촬상 디바이스를 통해 광 경로에 대한 상이한 위치들을 갖는 적외선 필터의 다른 부분들은 촬상 디바이스를 초점 맞추기 위한 적외선 데이터를 발생하도록 적외선 광으로 이중 화소들의 적어도 일부를 조명하기 위해 적외선 광에 대해 적어도 반투명 또는 완전 투명하다. 적외선 필터는 적외선 광의 투과를 적어도 국부적으로 감소시키기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 적외선 필터는 원형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 적외선 필터는 촬상 렌즈의 앞에, 또는 다수의 서브-렌즈를 포함하는 촬상 렌즈의 경우에 서브-렌즈들 중 2개 사이에, 또는 어퍼처로부터 영상 센서로의 광 경로를 따르는 방향에서 보아 촬상 렌즈와 영상 센서 사이에 배열될 수 있다.

적외선 필터의 사용은 자동초점 시스템에 의해 실행되는 자동초점 기능의 품질 및 신뢰성을 상당히 개선시킨다. 또한 영상 데이터 및 적외선 데이터를 동일한 소자 내에 제공할 수 있는 하나의 단일 영상 센서의 사용은 촬상 디바이스 내의 소자들의 요구된 수를 감소시키고, 또한 소형 촬상 디바이스들을 제조하고 자동초점 기능을 수행하기 위해 완전한 영상을 고려하면서 영상의 선택된 점들로 제한되지 않는 자동초점 시스템을 제공하는 것을 가능하게 한다. 적외선 광원은 자동초점 시스템이 저녁 또는 밤 동안의 낮은 광 조건에서도 신뢰성 있게 동작할 수 있는 것을 보장한다.

촬상 디바이스는 영상 센서에 평행한 적외선 필터의 측방향 크기 및 적외선 필터의 위치가 영상 센서를 향해 지향된 모든 광에 의해 통과되기 위해 적합하게 적응되도록 구성될 수 있다. 이것은 각각의 이중 화소의 화소들 간의 위상 콘트라스트를 증가시킨다. 또한 모든 이중 화소들은 초점 맞춤을 위한 적외선 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있다. 적외선 필터의 적외선 투과율은 양호한 색 재생을 가능하게 하도록 적응될 수 있고, 여기서 너무 높은 전체적인 적외선 투과는 찍힌 사진의 색 재생을 낮춘다. 전체적인 투과는 반투과 필터 영역들의 경우에 적외선 투과를 감소시키거나 적외선 투과 필터 영역들의 크기를 감소시킴으로써 낮아질 수 있다.

촬상 디바이스는 적외선 필터가 적외선 차단 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제1 영역 및 적외선 대역통과 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제2 영역을 포함하도록 구성될 수 있다. 적외선 차단 및 투과 영역들의 적합한 배열은 각각의 이중 화소의 화소들 간의 위상 콘트라스트를 개선시킬 수 있다. 적외선 대역통과 영역의 투과 대역은 촬상 디바이스의 적외선 광원의 방출기 스펙트럼과 일치하여야 한다. 제1 및 제2 영역들의 크기들 및 제1 및 제2 영역들의 면적들의 비는 촬상 디바이스의 응용에 적응되고, 여기서 큰 제2 영역은 자동초점 정확도를 개선시키고 작은 제2 영역은 영상 신호들의 덜한 방해로 인해 색 재생을 개선시킨다. 제1 및 제2 영역들 간의 비는 특정한 촬상 디바이스 및 자동초점 기능의 정확도가 얼마나 요구되는지에 따라 적응될 수 있다. 또한 비는 적외선 광원의 휘도, 촬상 디바이스와 적외선 광을 촬상 디바이스를 향해 굴절시키는 물체 사이의 거리 및 영상 센서의 적외선 감도에 의존한다.

촬상 디바이스는 적외선 필터가 제2 영역에 의해 둘러싸인 내부 제1 영역을 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우에 이중 화소들의 양 화소에 지향되는 적외선 빔들은 큰 입사 각도를 가지어 결국 위상 콘트라스트가 더 커져서 자동초점 기능의 신뢰성을 개선시킨다. 적외선 필터는 제2 영역이 외부 제1 영역에 의해 부가적으로 둘러싸이도록 추가로 구성될 수 있다. 이것은 이중 화소들의 화소 센서들에 의해 검출된 적외선 광에 대한 가능한 입사 각도를 보다 정밀하게 정한다.

촬상 디바이스는 촬상 렌즈가 광학 축을 갖고 내부 제1 영역이 광학 축을 중심으로 하도록 구성될 수 있다. 이 구성은 촬상 렌즈에 대한 영상 필터의 축외 정렬로 인한 언밸런스된 신호들을 피한다.

촬상 디바이스는 적어도 2개의 별개의 제2 영역이 제1 영역 내에 배열되도록 구성될 수 있다. 이 경우에 제2 영역들은 제1 영역에 의해 둘러싸인다. 제2 영역들의 형상은 특정한 촬상 디바이스 및 영상 센서에 적응될 수 있고, 여기서 상이한 제2 영역들의 형상은 동일하거나 상이할 수 있다. 이 구성은 적외선 광에 투과성인 전체 면적을 감소시키어 한편으로 색 재생을 개선시키고 다른 한편으로 영상 센서의 임의의 특정한 형상 또는 설계에 적외선 투과를 국부적으로 적응시키게 한다. 한 실시예에서 별개의 제2 영역들은 원형 및/또는 직사각형 형상을 갖는다. 또 하나의 실시예에서 제2 영역들의 전체 면적은 제1 영역의 20%보다 작고, 바람직하게는 10%보다 작다.

촬상 디바이스는 적어도 하나의 제2 영역이 적외선 필터의 중심에 대해 적외선 필터의 외부 에지에 더 가깝게 배열되도록 구성될 수 있다. 이 경우에 적외선 투과 제2 영역들은 촬상 디바이스의 광학 축까지 더 긴 거리들로 시프트되어 결국 투과된 적외선 광의 센서들로의 더 큰 입사 각도는 자동초점 정확도를 개선시킨다.

촬상 디바이스는 제2 영역이 결과적인 적외선 데이터의 신호 대 잡음 비를 증가시키기 위해 적외선 광원의 방출 최대를 커버하는 파장 범위 내의 적외선 광을 투과시키도록 적응되도록 구성될 수 있다. 바람직하게는 파장 범위는 800㎚ 내지 1000㎚이다.

촬상 디바이스는 적외선 필터가 영상 데이터를 기록하기 위해 화소 센서들에 의해 검출되도록 가시 광을 방해하지 않기 위해 가시 광에 대해 완전히 투명하도록 구성될 수 있다. 가시 광은 750㎚ 미만, 바람직하게는 700㎚ 미만의 파장을 갖는 광을 의미한다. 용어 완전히 투명하다는 것은 또한 적외선 필터를 가로지르는 균일한 투명성을 의미한다.

촬상 디바이스는 적외선 광원이 800㎚ 내지 1000㎚, 바람직하게는 840㎚ 내지 940㎚의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 협대역 광원이도록 구성될 수 있다. 날카롭고 제한된 방출 스펙트럼을 갖는 협대역 광원은 이중 화소들의 화소 센서들로부터의 적외선 데이터(적외선 신호)의 신호 대 잡음 비를 더욱 개선시키기 위해 적외선 광원에 의해 정식으로 방출된 장면으로부터 영상 센서로의 장면에 반사된 적외선 광의 대부분을 투과시키기에 적합한 투과 대역을 제공하게 한다. 광원은 50㎚ 이하, 예를 들어, 2㎚ 내지 50㎚의 반값 전폭을 갖는 방출 스펙트럼을 제공하는 경우에 협대역 광원을 의미한다.

촬상 디바이스는 적외선 광원이 LED 또는 VCSEL이도록 구성될 수 있다. 이들 광원은 작고 그러므로 소형이고, 긴 수명들을 갖고 예를 들어 50㎚ 폭 미만의 협대역 방출 스펙트럼을 제공한다.

촬상 디바이스는 광 경로를 따르는 촬상 렌즈의 위치가 촬상 렌즈의 초점 내에 영상 센서를 자동으로 설정하기 위해 영상 센서의 적외선 데이터에 응답하여 적응되도록 구성될 수 있다. 여기서 적외선 자동초점 시스템은 여기서 어퍼처를 통해 촬상 디바이스에 들어가는 광의 적외선 스펙트럼 내의 광으로부터의, 광학 센서 데이터에 기초하여 영상 센서를 초점 내에 설정하기 위해 촬상 렌즈의 광학 축을 따라 촬상 렌즈들을 이동시키는 촬상 디바이스의 모터를 자동으로 제어한다.

촬상 디바이스는 촬상 디바이스가 카메라, 스마트폰 또는 태블릿 PC이도록 구성될 수 있다.

제2 양태에 따르면 본 발명에 따른 촬상 디바이스를 자동으로 초점 맞추는 방법이 제공되고, 이 촬상 디바이스는, 센서 화소들의 어레이를 갖는 영상 센서, 촬상 디바이스의 어퍼처와 영상 센서 사이의 광 경로에 배열된 촬상 렌즈, 적외선 광원 및 적외선 자동초점 시스템을 포함하고, 어레이의 센서 화소들은 각각 이중 화소 당 2개의 별개의 화소 센서를 포함하는 이중 화소로서 배열된다. 이 방법은

적외선 광원으로 장면을 조명하는 단계;

촬상 렌즈와 영상 센서 사이에 배열된 적외선 필터에 의해 촬상 렌즈를 통과한 장면으로부터의 광을 필터링하고 적외선 광 이하의 부분만을 광 경로를 따라 영상 센서에 국부적으로 투과시키는 단계;

위상 콘트라스트 자동초점 맞춤을 위한 자동초점 시스템에 영상 센서의 이중 화소들의 화소 센서들 각각으로부터의 적외선 데이터를 개별적인 신호들로서 제공하는 단계; 및

자동초점 시스템에 응답하여 촬상 렌즈의 초점 내에 영상 센서를 자동으로 설정하는 단계

를 포함한다.

방법은 방법이 각각의 이중 화소에 대한 합 신호로서 초점 내에 있는 영상 센서의 화소 센서들에 의해 장면으로부터의 영상 데이터를 기록하는 단계를 추가로 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 또한 각각의 독립 청구항들과의 종속 청구항들의 임의의 조합일 수 있다는 것을 이해할 것이다.

추가의 유리한 실시예들이 아래에 정의된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들이 이후 설명되는 실시예들로부터 분명해지고 그 실시예들을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
본 발명은 이제 첨부 도면들을 참조한 실시예들에 기초하여 예시적으로 설명될 것이다.
도면들에서:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 디바이스의 주요 스케치를 도시한다.
도 2는 (a) 개관으로서 영상 센서의 주요 스케치를 도시하고, (b) 센서 화소들의 어레이의 부분을 확대하여 도시하고, (c) 이중 화소로서 어레이의 하나의 센서 화소의 배열을 더 확대하여 도시한다.
도 3은 적외선 데이터를 검출할 때 본 발명에 따른 촬상 디바이스 내의 광 경로의 주요 스케치를 도시한다.
도 4는 영상 데이터를 검출할 때 본 발명에 따른 촬상 디바이스 내의 광 경로의 주요 스케치를 도시한다.
도 5는 본 발명의 촬상 디바이스 내의 적외선 필터의 위치의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 적외선 필터의 한 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 적외선 필터의 다수의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 방법의 실시예의 주요 스케치를 도시한다.
도면에서, 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 물체들을 참조한다. 도면 내의 물체들은 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니다.

본 발명의 다양한 실시예들이 이제 도면에 의해 설명될 것이다.

도 1은 (전경 내의 사람으로서 표시된) 장면(SC)으로부터 영상 데이터(D1)를 기록하는 영상 센서(2), 촬상 디바이스(1)의 어퍼처(4)와 영상 센서(2) 사이의 광 경로 LP에 배열된 촬상 렌즈(3)(여기서 촬상 렌즈(3)가 복수의 서브-렌즈를 포함하는 렌즈일 수 있다는 것을 표시하기 위해 큰 박스로서 디스플레이됨), 장면(SC)을 조명하는 적외선 광원(5), 및 촬상 렌즈(3)의 초점 내에 영상 센서(2)를 자동으로 설정(SF)하는 적외선 자동초점 시스템(6)을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 디바이스(1)의 주요 스케치를 도시하는데, 여기서 영상 센서(2)는 영상 데이터 스토리지(8) 내에 영상 데이터(D1)를 기록하기 위해 이중 화소(22)로서 각각 배열되고 위상 콘트라스트 PC 자동초점 맞춤을 위한 자동초점 시스템(6)에 적외선 데이터(D2)를 제공하는 센서 화소들의 어레이(21)를 포함하고, 적외선 필터(7)가 어퍼처(4)와 영상 센서(2) 사이의 광 경로 LP에, 본 실시예에서 예를 들어 촬상 렌즈(3)와 영상 센서(2) 사이에 배열된다. 적외선 필터(7)는 적외선 광(IR)의 부분만을 광 경로 LP를 따라 영상 센서(2)에 국부적으로 투과시키도록 적응된다. 적외선 광원(5)은 800㎚ 내지 1000㎚, 바람직하게는 840㎚ 내지 940㎚의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 협대역 광원이다. 발광 각도는 바람직하게 전체적인 장면의 자동초점 맞춤 목적들을 위해 영상 센서(2)로 다시 장면의 가능한 한 많은 수의 물체들로부터 반사된 적외선 광을 제공하기 위해 장면의 대부분을 조명하기 위해 바람직하게는 가능한 한 크다. 적외선 광원(5)은 LED 또는 VCSEL일 수 있다. 자동초점 맞춤 중에 촬상 렌즈(3)의 위치는 촬상 렌즈(3)의 초점 내에 영상 센서(2)를 자동으로 설정하기 위해 영상 센서(2)의 적외선 데이터 D2에 응답하여 광 경로 LP(또는 촬상 렌즈의 광학 축)를 따라 이동된다. 도 1에 도시한 촬상 디바이스(1)는 카메라, 스마트폰 또는 태블릿 PC일 수 있다.

도 2는 (a) 개관으로서, (b) 센서 화소들의 어레이(21)의 부분을 확대하여 도시하고, (c) 이중 화소(22)로서 어레이(21)의 하나의 센서 화소(22)의 배열을 더 확대하여 상세히 도시한 영상 센서(2)의 주요 스케치를 도시한다. 영상 센서(2)는 영상 센서(2)에 의해 양 화소 센서(22a, 22b)로부터의 합 신호로서 영상 데이터(D1)를 기록하기 위해 이중 화소(22) 당 2개의 별개의 화소 센서(22a, 22b)를 포함하고 위상 콘트라스트 PC 자동초점 맞춤을 위한 자동초점 시스템(6)에 2개의 화소 센서(22a, 22b) 각각으로부터 개별적인 신호들로서 적외선 데이터(D2)를 제공하는 이중 화소(22)로서 각각 배열된 센서 화소들의 어레이(21)를 포함한다.

도 3은 적외선 데이터(D2)를 검출할 때 본 발명에 따른 촬상 디바이스(1) 내의 광 경로 LP의 주요 스케치를 도시한다. 적외선 필터(7)는 위치 P7에서 촬상 렌즈(3)와 하나의 이중 화소(22)의 2개의 화소 센서(22a, 22b)에 의해 표시된 영상 센서(2) 사이에 배열된다. 본 실시예에서 적외선 필터(7)는 적외선 차단 내부 영역(711)으로서 배열된 하나의 제1 영역(71) 및 내부 제1 영역(711)을 둘러싸는, 내부 영역(711) 밖의 적외선 대역통과 영역으로서 배열된 제2 영역(72)을 포함한다. 또한 제2 영역(72)은 외부 제1 영역(712)에 의해 부가적으로 둘러싸인다. 부가적으로 촬상 렌즈(3)는 광학 축 OP를 갖고 내부 제1 영역(711)은 광학 축 OP를 중심으로 하고 있다. 제2 영역들(72)은 적외선 광원(5)의 방출 최대(emission maximum)를 커버하는 파장 범위, 바람직하게는 800㎚ 내지 1000㎚의 범위 내의 (통과하는 파선으로 표시된) 적외선 광(IR)을 투과시키도록 적응된다. 이중 화소(22)는 위상 콘트라스트 PC 자동초점 맞춤을 위한 자동초점 시스템(6)에 2개의 화소 센서(22a, 22b) 각각으로부터 개별적인 신호들 D2로서 적외선 데이터(D2)를 제공한다. 제공된 적외선 데이터 D2에 기초하여 광 경로 LP를 따르는 촬상 렌즈(3)의 위치는 촬상 렌즈(3)의 초점 내에 영상 센서(2)를 자동으로 설정(SF)하기 위해 적응되고, 여기서 자동초점 시스템(6)으로의 개별적인 신호들 D2는 센서 화소들(22a, 22b)의 상이한 위치들로부터 나온 그들의 위상 콘트라스트 PC에 따라 분석된다. 결과적인 결정된 위상 콘트라스트(PC)는 자동초점 시스템(6)이 촬상 렌즈를 이동시키는 모터(여기에 도시되지 않음)를 제어하게 한다.

도 4는 영상 데이터(D1)를 검출할 때 본 발명에 따른 촬상 디바이스(1) 내의 광 경로 LP의 주요 스케치를 도시한다. 촬상 렌즈(3)와 하나의 이중 화소(22)의 2개의 화소 센서(22a, 22b)에 의해 표시된 영상 센서(2) 사이에 배치된 적외선 필터(7)는 (통과하는 파선들에 의해 표시된) 가시 광에 대해 투명하다. 이중 화소(22)는 도 3에 도시한 것과 같은 절차에 따라 촬상 렌즈(3)의 초점 내에 영상 센서(2)를 설정한 후에 원하는 영상을 기록하기 위해 2개의 화소 센서(22a, 22b)로부터의 합 신호(D2)로서 영상 데이터(D1)를 영상 데이터 스토리지(8)에 제공한다.

도 5는 본 발명의 촬상 디바이스(1) 내의 적외선 필터(7)의 위치의 상이한 실시예들을 도시한다. 본 예에서 적외선 필터(7)의 구조는 도 3 및 4에 도시한 것과 동일하다. 다른 실시예들에서 구조는 상이할 수 있다. 적외선 필터(7)는 2개의 서브-렌즈를 포함하는 촬상 렌즈(3)와 이중 화소들(22a, b)에 의해 표시된 영상 센서(3) 사이에 배열될 수 있다(도 5의 좌측부). 또 하나의 실시예에서 적외선 필터(7)는 어퍼처로부터 영상 센서를 향하는 방향으로 보아 촬상 렌즈(3)의 앞에 배열될 수 있다(도 5의 중앙부). 또 하나의 실시예에서 적외선 필터(7)는 2개의 서브-렌즈 사이의 촬상 렌즈 내에 배열될 수 있다(도 5의 우측부). 모든 이들 상이한 위치에서 적외선 필터는 위에 설명된 것과 같은 본 발명의 실시예에 따라 동일한 효과를 제공할 것이다.

도 6은 영상 센서(2)(여기서 도시되지 않음)를 향해 지향된 상면도로 본 발명에 따른 적외선 필터(7)의 한 실시예를 도시한다. 적외선 필터(7)는 적외선 차단 영역들로서 배열되는 2개의 제1 영역(71)인, 내부 제1 영역(711)과 외부 제1 영역(712), 그리고 적외선 대역통과 영역으로서 배열되는 하나의 제2 영역(72)을 포함하고, 여기서 내부 제1 영역(711)은 제2 영역(72)에 의해 둘러싸이고 제2 영역(72)은 외부 제1 영역(712)에 의해 부가적으로 둘러싸인다. 측방향 크기 D7x, D7y는 영상 센서(2)를 향해 지향된 모든 광 L, IR에 의해 통과되기 위해 적합하게 적응된 영상 센서(2)에 평행한 적외선 필터(7)의 크기를 나타낸다. 본 실시예에서 제2 영역(72)은 원형 형상인 내부 제1 영역(711)을 둘러싸는 링 형상을 갖고, 여기서 내부 제1 영역(711)은 촬상 렌즈(3)에 의해 제공된 광 경로 LP의 적어도 70%를 덮도록 적응된 제1 직경 D711을 갖는다.

도 7은 본 발명에 따른 적외선 필터(7)의 다수의 상이한 실시예를 도시하고, 여기서 적외선 필터(7)는 적외선 차단 영역으로서 배열되는 적어도 하나의 제1 영역(71) 및 적외선 대역통과 영역으로서 배열되는 적어도 하나의 제2 영역(72)을 포함한다. 상부 4개의 실시예는 정사각형 형상을 갖는 적외선 필터들(7)을 도시하지만, 하부 4개의 실시예는 원형 형상을 갖는 적외선 필터들(7)을 도시한다. 상부 좌측 실시예는 도 6에 따른 적외선 필터(7)에 대응하고, 여기서 하부 좌측 실시예는 유사한 구조를 도시하는데, 여기서 적외선 필터(7)는 원형 필터이다. 이들 2개의 실시예에서 적외선 필터(7)는 제2 영역(72)에 의해 둘러싸인 내부 제1 영역(711)을 포함하고, 제2 영역(72)은 외부 제1 영역(712)에 의해 부가적으로 둘러싸인다. 모든 다른 실시예들은 2개 또는 4개의 별개의 제2 영역(72)이 별개의 제2 영역들(72)을 둘러싸는 제1 영역(71) 내에 배열된 적외선 필터들(7)에 관한 것이다. 우측 상부 및 하부 실시예들은 원형 형상 대신에 직사각형 형상을 갖는 별개의 제2 영역들(72)을 포함한다. 또한 제2 영역들은 적외선 필터(7)의 중심에 대해 적외선 필터(7)의 외부 에지(73)에 더 가깝게 배열된다(도 6 참조).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 디바이스(1)를 자동으로 초점 맞추는 본 발명에 따른 방법의 실시예의 주요 스케치를 도시하고, 촬상 디바이스(1)는 센서 화소들의 어레이(21)를 갖는 영상 센서(2), 촬상 디바이스(1)의 어퍼처(4)와 영상 센서(3) 사이의 광 경로 LP에 배열된 촬상 렌즈(3), 적외선 광원(5) 및 적외선 자동초점 시스템(6)을 포함하고, 여기서 어레이(21)의 센서 화소들은 각각 이중 화소(22) 당 2개의 별개의 화소 센서(22a, 22b)를 포함하는 이중 화소(22)로서 배열되고, 상기 방법은 적외선 광원(5)으로 장면(SC)을 조명하는(110) 단계; 촬상 렌즈(3)와 영상 센서(2) 사이에 배열된 적외선 필터(7)에 의해 촬상 렌즈(3)를 통과한 장면(SC)으로부터의 광을 필터링(120)하고 적외선 광(IR)의 부분만을 광 경로(LP)를 따라 영상 센서(2)에 국부적으로 투과시키는 단계; 위상 콘트라스트(PC) 자동초점 맞춤을 위한 자동초점 시스템(6)에 영상 센서(2)의 이중 화소들(22)의 화소 센서들(22a, 22b) 각각으로부터의 적외선 데이터(D2)를 개별적인 신호들로서 제공하는(130) 단계; 및 자동초점 시스템(6)에 응답하여 촬상 렌즈(2)의 초점 내에 영상 센서(2)를 자동으로 설정하는(140) 단계를 포함한다. 설정된 자동초점의 경우에 방법(100)은 각각의 이중 화소(22)에 대한 합 신호로서 초점 내에 있는 영상 센서(2)의 화소 센서들(22a, 22b)에 의해 장면(SC)으로부터 영상 데이터(D1)를 기록하는(150) 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명이 도면 및 상기 설명에서 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 설명적이거나 예시적이지 제한적인 것으로 고려되지 않는다.

본 개시내용을 읽는다면, 다른 수정들이 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이다. 이러한 수정들은 본 기술 분야에 이미 공지되고 여기에 이미 설명된 특징들 대신에 또는 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.

도면, 개시내용, 및 첨부된 청구범위를 연구한다면, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 개시된 실시예들에 대한 변화들이 이해되고 이루어질 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수 표현은 복수의 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항들에 나열된다는 사실만으로 이들 수단이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

청구범위 내의 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

1 본 발명에 따른 촬상 디바이스
2 촬상 디바이스의 영상 센서
21 센서 화소들의 어레이
22 이중 화소
22a, 22b 각각의 이중 화소의 별개의 화소 센서들
3 촬상 디바이스의 촬상 렌즈
4 촬상 디바이스의 어퍼처
5 촬상 디바이스의 적외선 광원(예를 들어, VCSEL, LED)
6 촬상 디바이스의 자동초점 시스템
7 촬상 디바이스의 적외선 필터
71 제1 영역
711 내부 제1 영역
712 외부 제1 영역
72 제2 영역
73 적외선 필터의 외부 에지
8 영상 데이터 스토리지
100 방법
110 적외선 광원으로 장면을 조명
120 촬상 렌즈를 통과한 장면으로부터의 광을 필터링
130 적외선 데이터를 자동초점 시스템에 제공
140 촬상 렌즈의 초점 내에 영상 센서를 자동으로 설정
150 장면으로부터의 영상 데이터를 기록
D1 영상 데이터
D2 적외선 데이터
D7x, D7y 영상 센서에 평행한 필터의 측방향 크기
D711 내부 제1 영역의 제1 직경
IR 적외선 광
L 광
LP 광 경로
OP 촬상 렌즈의 광학 축
P7 적외선 필터의 위치
PC 위상 콘트라스트 자동초점 맞춤
SC 장면
SF 초점 내에 영상 센서를 자동으로 설정하기 위해 촬상 렌즈를 이동

Claims

촬상 디바이스(imaging device)(1)로서,
장면(SC)으로부터의 영상 데이터(D1)를 기록하는 영상 센서(2), 상기 촬상 디바이스(1)의 어퍼처(aperture)(4)와 상기 영상 센서(2) 사이의 광 경로(LP)에 배열된 촬상 렌즈(3), 상기 장면(SC)을 조명(illuminate)하는 적외선 광원(5), 및 초점 내에 상기 영상 센서(2)를 설정하기 위해 상기 촬상 렌즈(3)를 자동으로 이동시키는(SF) 적외선 자동초점 시스템(6)을 포함하고, 상기 영상 센서(2)는 상기 영상 센서(2)에 의해 양 화소 센서(22a, 22b)로부터 합 신호로서 상기 영상 데이터(D1)를 기록하기 위해 이중 화소(22) 당 2개의 별개의 화소 센서(22a, 22b)를 포함하고 위상 콘트라스트(phase contrast)(PC) 자동초점 맞춤(autofocusing)을 위한 상기 자동초점 시스템(6)에 상기 2개의 화소 센서(22a, 22b) 각각으로부터 개별적인 신호들로서 적외선 데이터(D2)를 제공하는 이중 화소(22)로서 각각 배열된 센서 화소들의 어레이(21)를 포함하고, 적외선 필터(7)가 상기 어퍼처(4)와 상기 영상 센서(2) 사이의 상기 광 경로(LP)에 배열되고, 상기 필터는 상기 영상 센서를 향해 지향되는 모든 광을 필터링하도록 적응되고, 상기 적외선 필터(7)는 적외선 차단 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제1 영역(71) 및 적외선 대역통과 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제2 영역(72)을 포함하고, 상기 적어도 제2 영역을 통과하는 적외선 광(IR)의 부분만이 상기 광 경로(LP)를 따라 상기 영상 센서(2)에 투과되는 촬상 디바이스(1).
제1항에 있어서, 상기 영상 센서(2)에 평행한 상기 적외선 필터(7)의 측방향 크기(D7x, D7y) 및 상기 적외선 필터(7)의 위치(P7)가 상기 영상 센서(2)를 향해 지향된 모든 광(L, IR)에 의해 통과되기 위해 적합하게 적응되는 촬상 디바이스(1).
제2항에 있어서, 상기 적외선 필터(7)는 상기 제2 영역(72)에 의해 둘러싸인 내부 제1 영역(711)을 포함하고, 상기 제2 영역(72)은 외부 제1 영역(712)에 의해 부가적으로 둘러싸이는 촬상 디바이스(1).
제3항에 있어서, 상기 촬상 렌즈(3)는 광학 축(OP)을 갖고 상기 내부 제1 영역(711)은 상기 광학 축(OP)을 중심으로 하는 촬상 디바이스(1).
제3항에 있어서, 적어도 2개의 별개의 제2 영역(72)이 상기 제1 영역(71) 내에 배열되는 촬상 디바이스(1).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 영역(72)은 상기 적외선 필터(7)의 중심에 대해 상기 적외선 필터(7)의 외부 에지(73)에 더 가깝게 배열되는 촬상 디바이스(1).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역(72)은 상기 적외선 광원(5)의 방출 최대(emission maximum)를 커버하는 파장 범위, 바람직하게는 800㎚ 내지 1000㎚의 범위 내의 적외선 광(IR)을 투과시키도록 적응되는 촬상 디바이스(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 필터(7)는 가시 광에 대해 완전히 투명한 촬상 디바이스(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 광원(5)은 800㎚ 내지 1000㎚의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 협대역 광원(narrow band light source)인 촬상 디바이스(1).
제9항에 있어서, 상기 적외선 광원(5)은 LED 또는 VCSEL인 촬상 디바이스(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 경로(LP)를 따르는 상기 촬상 렌즈(3)의 위치는 상기 촬상 렌즈(3)의 초점 내에 상기 영상 센서(2)를 자동으로 설정하기 위해 상기 영상 센서(2)의 상기 적외선 데이터(D2)에 응답하여 적응되는 촬상 디바이스(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 항 항에 있어서, 상기 촬상 디바이스(1)는 카메라, 스마트폰 또는 태블릿 PC인 촬상 디바이스(1).
제1항에 따른 촬상 디바이스(1)를 자동으로 초점 맞추는 방법(100)으로서,
상기 촬상 디바이스(1)는,
센서 화소들의 어레이(21)를 갖는 영상 센서(2), 상기 촬상 디바이스(1)의 어퍼처(4)와 상기 영상 센서(2) 사이의 광 경로(LP)에 배열된 촬상 렌즈(3), 적외선 광원(5) 및 적외선 자동초점 시스템(6)을 포함하고, 상기 어레이(21)의 상기 센서 화소들은 각각 이중 화소(22) 당 2개의 별개의 화소 센서(22a, 22b)를 포함하는 이중 화소(22)로서 배열되고, 상기 방법은
상기 적외선 광원(5)으로 장면(SC)을 조명하는(110) 단계;
상기 촬상 렌즈(3)와 상기 영상 센서(2) 사이의 상기 광 경로(LP)에 배열된 적외선 필터(7)에 의해 상기 촬상 렌즈(3)를 통과한 상기 장면(SC)으로부터의 광을 필터링하는(120) 단계 - 상기 필터는 상기 영상 센서를 향해 지향되는 모든 광을 필터링하도록 적응되고, 상기 적외선 필터(7)는 적외선 차단 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제1 영역(71) 및 적외선 대역통과 영역으로서 배열된 적어도 하나의 제2 영역(72)을 포함하고, 상기 적어도 제2 영역을 통과하는 적외선 광(IR)의 부분만이 상기 광 경로(LP)를 따라 상기 영상 센서(2)에 투과됨 - ;
위상 콘트라스트(PC) 자동초점 맞춤을 위한 상기 자동초점 시스템(6)에 상기 영상 센서(2)의 상기 이중 화소들(22)의 상기 화소 센서들(22a, 22b) 각각으로부터의 적외선 데이터(D2)를 개별적인 신호들로서 제공하는(130) 단계; 및
상기 자동초점 시스템(6)에 응답하여 상기 촬상 렌즈(3)의 초점 내에 상기 영상 센서(2)를 설정(140)하기 위해 상기 촬상 렌즈(3)를 자동으로 이동시키는 단계
를 포함하는 방법(100).
제13항에 있어서, 각각의 이중 화소(22)에 대한 합 신호로서 초점 내에 있는 상기 영상 센서(2)의 상기 화소 센서들(22a, 22b)에 의해 상기 장면(SC)으로부터의 영상 데이터(D1)를 기록하는(150) 단계를 추가로 포함하는 방법(100).