KR20110027120A

KR20110027120A - 촬상 장치

Info

Publication number: KR20110027120A
Application number: KR1020090085070A
Authority: KR
Inventors: 이태근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-16

Abstract

개시된 촬상 장치는, 렌즈계를 통과한 광의 일부를 수광하여 초점을 검출하기 위한 초점 검출부와 적어도 하나의 초점 검출 영역을 포함하고, 영역별로 광 투과율이 조절되는 광경로 변환기를 포함하여, 구조가 간단하고, 자동 초점 기능이 향상된다.

Description

촬상 장치{Image pickup apparatus}

본 발명은 자동 포커싱을 위한 초점 검출 영역의 광량을 조절할 수 있는 촬상 장치에 관한 것이다.

촬상 장치에서 주요한 기능들로는 자동 포커스(Auto focus;이하, AF라고 함), 자동 노출(Auto exposure;AE), 자동 화이트 밸런스(Auto white balance;AWB) 등이 있다.

디지털 촬상 장치에 있어서, 디지털 기술의 발전과 더불어, 스틸 영상을 촬영하는 디지털카메라와 동영상을 촬영하는 디지털캠코더의 경계가 중첩되는 경향이 커지고 있다. 예를 들어, 복잡한 퀵리턴 미러 구조를 가지고 있는 SLR(Single Lens Reflex) 구조의 디지털 카메라에서 고해상도의 Full HD(1920X1080) 동영상을 얻을 수 있게 되었으며, 그에 따라 동체추적 AF의 필요가 높아지고 있다. 또한, 스틸 사진에 있어서는 해상도가 2400만 화소에 이르는 35mm Format의 디지털 카메라가 등장하고 있으며, 일부 디지털 카메라에서는 피사체 중에서 사람의 얼굴을 인식하는 씬(Scene) 인식 기능을 포함한 AF, AE가 실현되고 있다.

이처럼 컴팩트 디지털 카메라, SLR형 디지털 카메라, RF(Range Finder)형 디 지털 카메라, 디지털 캠코더 등의 기능이 중첩되는 상황에서도, 아직 각각의 촬상 장치는 그 구조적 특징으로 인하여 상기한 기능들을 모두 포함하지는 못하고 있다.

본 발명은 구조가 간단하고, 자동 초점 기능이 향상된 촬상 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 촬상 장치는 렌즈계;

상기 렌즈계를 통과한 광을 수광하는 이미징 소자;

상기 렌즈계를 통과한 광의 일부를 수광하여 초점을 검출하기 위한 초점 검출부; 및

적어도 하나의 초점 검출 영역을 포함하고, 상기 렌즈계로부터 상기 초점 검출 영역으로 입사한 광의 경로를 변환하여 일부광을 상기 초점 검출부로 보내고, 상기 렌즈계로부터 입사한 나머지 광을 상기 이미징 소자로 보내며, 영역별로 광 반사율과 투과율이 조절되는 광경로 변환기;를 포함한다.

상기 광경로 변환기는 독립적으로 광 반사율과 투과율이 조절되는 복수 개의 영역을 포함할 수 있다.

상기 광경로 변환기는 스마트 윈도우를 포함할 수 있다.

상기 광경로 변환기는 일렉트로크로믹 미러, 액정 디스플레이, 분극입자분산디스플레이, 포토크로믹 글래스, 또는 써모크로믹 글래스 중 하나를 포함할 수 있다.

상기 초점 검출부는 위상차 초점 검출을 수행할 수 있다.

상기 이미징 소자에 수광된 광을 이용하여 콘트라스트 초점 검출을 수행할 수 있다.

상기 촬상 장치는 상기 초점 검출부에 의한 초점 검출과 상기 이미징 소자에 의한 초점 검출의 초점 위치 오차 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 저장부에 저장된 오차 정보와 상기 이미징 소자로부터 얻은 영상 신호와의 연산을 통해 포커싱 위치를 찾아내는 연산부;를 더 포함할 수 있다.

상기 촬상 장치는 측광 센서를 더 구비하고, 상기 측광 센서에서 측정되는 광량에 따라 상기 광경로 변환기의 광 투과율이 조절될 수 있다.

상기 촬상 장치는 상기 광경로 변환기를 이동시키는 광경로 변환기 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 광경로 변환기가 구면으로 형성될 수 있다.

상기 초점 검출 영역은 상기 광경로 변환기에서 그 위치와 개수를 선택할 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치는, 간단한 구조를 통하여 저휘도 포커싱 성능을 높이고, 고속의 정밀한 포커싱 및 동체 추적 포커싱을 가능하게 한다.

그리고, 광경로 변환기를 복수 영역으로 구획하고, 이들 복수 영역의 광 투과율을 각각 제어할 수 있도록 함으로써 오토 포커싱과 표시부에 표시되는 영상의 질 양쪽을 만족시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치는 도 1을 참조하면, 렌즈계(10)와 바디(20)를 포함한다. 상기 바디(20)에는 셔터(30)와 이미징 소자(40)가 구비된다. 상기 렌즈계(10)는 피사체를 상기 이미징 소자(40)에 결상하기 위한 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 렌즈계는 조리개를 더 포함할 수 있다. 상기 셔터(30)는 소정 시간동안 개방되어 이미징 소자(40)에 들어오는 빛의 양을 조절한다.

상기 렌즈계(10)와 이미징 소자(40) 사이의 광 경로 상에는 상기 렌즈계(10)를 통과한 광속의 일부를 반사하고, 일부를 투과시키는 광경로 변환기(15)가 구비된다. 상기 광경로 변환기(15)는 적어도 하나의 초점 검출 영역(16)을 포함하고, 상기 초점 검출 영역(16)에서 반사된 광은 초점 검출부(18)에 집속된다.

상기 광경로 변환기(15)는 복수 개의 영역으로 구획될 수 있으며, 상기 복수 개의 영역별로 반사율과 투과율을 변경할 수 있다. 그리고, 상기 복수 개의 영역 중 적어도 하나를 초점 검출 영역(16)으로 선택할 수 있다. 상기 초점 검출 영역(16)은 수동 모드에서 사용자가 선택하도록 할 수 있으며, 또는 자동 모드에서 자동으로 선택되도록 할 수 있다. 초점 검출 영역(16)은 광경로 변환기(15)의 여러 영역 중 필요에 따라 자동 또는 수동으로 그 위치와 개수를 선택하여 설정할 수 있도록 되어 있다. 상기 광경로 변환기(15)는 스마트 윈도우(Smart window 또는 Smart glass)로 형성될 수 있다. 스마트 윈도우는 광 투과율을 자유롭게 조절할 수 있는 유리로, 전압이 걸리면 빛이 투과성이 변화하는 특성을 갖는다. 스마트 윈도우는 광 투과율을 조절할 수 있는 물질을 윈도우에 삽입하여 제작한다. 예를 들어, 상기 광경로 변환기(15)는 일렉트로크로믹 미러, 액정 디스플레이, 분극입자분산디스플레이, 포토크로믹 글래스, 또는 써모크로믹 글래스 중 하나를 포함할 수 있다. 이러한 광경로 변환기(15)는 이미 널리 공지된 것이므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기록 한다. 상기 광경로 변환기(15)는 전압을 변경함에 따라 반사율과 투과율을 변경시킬 수 있다.

상기 렌즈계(10)를 통과하여 상기 광경로 변환기(15)에서 입사한 광의 일부는 이미징 소자(40)로, 일부는 상기 초점 검출부(18)로 분기된다. 이미징 소자(40)로 입사된 광은 영상 처리부(45)를 거쳐 표시부(48)에 라이브뷰 영상으로 표시된다.

상기 초점 검출부(18)에서 검출된 신호를 이용하여 CPU(50)에서는 자동 포커싱을 수행한다. 상기 초점 검출부(18)에서 검출된 신호를 이용하여 예를 들어 위상차 AF를 수행할 수 있다. 상기 CPU(50)는 초점 검출부(18)에서 생성한 신호에 근거하여 디포커스 양을 계산하고, 이를 이용하여 렌즈 구동부(13)를 제어하여 렌즈계(10)를 이동시킴으로써 초점을 맞춘다.

한편, 표시부(48)에 표시되는 영상을 이용하여 콘트라스트 AF 기능이 구현될 수 있다. 라이브뷰 영상의 휘도 정보나 씬(scene) 인식 등을 통하여 광 투과율 제어부(17)에서 광경로 변환기(15)의 적정한 반사율-투과율을 설정한다. 콘트라스트 AF는 사용자의 조작이나, 카메라의 자동 기능에 의해 선택될 수 있다. 상기 광경로 변환기(15)의 반사율-투과율은 복수 개의 영역마다 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과율 제어부(17)에서는 초점 검출 영역(16)에 대하여 반사율과 투과율을 조절하고, 나머지 영역에 대하여 반사율과 투과율을 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 초점 검출 영역(16)을 이용하여 고속의 포커싱이 가능한 위상차 AF와 이미징 소자(40)를 이용하는 콘트라스트 AF를 동시 또는 순차적으로 할 수 있다. 위상차 AF를 통하여 전포커스와 후포커스를 구별하여 고속의 정지 사물 포커싱을 수행하고, 고속의 동체추적이 가능하다. 또한, 콘트라스트 AF를 통해 실제 결상되는 광속을 사용하여 포커싱하기 때문에 포커싱 오차가 작고, 결상되는 화상 신호를 이용하여 인텔리전트한 기능을 구현하기 쉽다.

본 발명의 실시예에 따르면, 광량이 적은 환경에서 정밀한 AF를 수행할 수 있다. 일반적인 DSLR의 경우 메인미러와 하프미러로 이루어진 미러 박스가 있는데, 메인미러는 약 2/3의 광량을 광학식 파인더로 보내고, 1/3의 광량을 위상차 초점 검출부로 보낸다. 즉, 전체 광량의 1/3만을 초점 검출부로 보내게 되므로 광량이 작은 경우에 위상차 AF에 따른 포커싱에 어려움이 있을 수 있다. 반대로 초점 검출부로 많은 광을 보내면 위상차 AF에는 좋으나 파인더로의 광량이 적어 표시부에 표시되는 영상이 어둡게 된다. 이에 비하여 본 발명은 광경로 변환기(15)의 초점 검출 영역(17)에 대하여 광 반사율-투과율을 조절하여 초점 검출부(18)로 보내는 광량을 조절할 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어 약 1과 2/3스탑(STOP)의 광량 이익이 있고, 일반적인 DSLR에 비해 1과 2/3 스탑만큼 어두운 곳에서 포커싱이 가능해 진다. DSLR이 -2EV ~ 0EV(ISO100, 20도) 정도의 광량에서 포커싱이 가능할 때, 본 발명에 따른 촬상 장치에서는 같은 모듈을 사용하는 경우 -3.6EV ~ -1.6EV의 환경에서도 포커싱이 가능하게 된다.

상기 초점 검출 영역(16)의 반사율을 높여 초점 검출부(18)의 광량을 높이는 한편, 초점 검출 영역을 제외한 광경로 변환기의 나머지 영역의 투과율을 높게 조절하여 라이브뷰나 동영상 녹화의 광량을 높은 수준으로 유지할 수 있다. 그럼으로써, 전체적으로 광량이 적은 환경에서도 초점 검출과 라이브뷰를 위한 광량을 모두 확보할 수 있다. 그럼으로써, 광량이 적은 환경에서도 AF가 우수하게 수행되고, 노이즈가 적은 라이브뷰가 가능하다.

더 나아가 본 발명의 촬상 장치에 따르면, 촬영 렌즈계의 특징에 따라 정밀한 포커싱이 가능하게 된다. 촬영 렌즈의 개방 F-Number나 실제 촬영 F-Number에 따라 콘트라스트 AF와 위상차 AF를 선택할 수 있다. 위상차 AF의 경우 사용하는 광속 영역이 정해져 있어, F-넘버가 예를 들어 F/2.8, F/5.6 등으로 제한될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 위상차 AF를 위한 초점 검출 영역(16)의 반사율을 높이는 한편, 다른 영역의 반사율은 낮추어 이미징 소자로 입사되는 광량을 증가시키는 경우, 예를 들어 F/8의 촬영 광학계에서도 콘트라스트 AF로 포커싱을 수행할 수 있다. 이와 같이 콘트라스트 AF로 포커싱을 수행하는 경우 광경로 변환기(15)의 초점 검출 영역(16)을 제외한 영역의 투과율을 높여 포커싱을 수행한다. 다른 예로, F/5.6의 촬영 광학계를 사용하는 경우 이미징 소자(40)로 들어오는 광량을 늘리기 위해 광경로 변환기(15)의 투과율을 적절히 높이는 한편, 초점 검출 영역(16)의 투과율을 낮추고 반사율을 높임으로써 라이브뷰 영상의 질을 높임과 아울러 위상차 AF도 수행할 수 있다.

한편, 촬영 렌즈계의 핀트 민감도에 따라 광경로 변환기의 영역별로 반사율과 투과율을 바꿈으로써 고속 및 고정밀도의 자동 포커싱을 하는 것도 가능해 진다. 이와 같이 본 발명에 따른 촬상 장치는 촬영 렌즈계의 요인들을 고려한 광경로 변환기의 영역별 광 투과율을 조절하여 정밀한 AF를 수행할 수 있고, 또한 필요에 따라 AF를 위한 광량과 이미징 소자에 결상되는 광량을 각각 조절할 수 있어 양쪽을 동시에 만족시킬 수 있다.

AF 방법 중 이미징 소자에 결상된 이미지 신호의 분석을 통한 콘트라스트 포커싱 방법이 다른 포커싱 방법보다 정확성이 높다. 이에 비하여, 초점 검출부를 통한 위상차 포커싱의 경우에는 렌즈계를 통과한 광속의 일부만을 사용하므로, 렌즈계 전체의 수차 특성이 고려되지 않고, 일부분의 수차만이 고려되어 포커싱이 수행된다. 또한, 초점 검출부가 포함하고 있는 광학계의 기본적인 수차와 편심 수차 등에 의하여 정밀한 포커싱이 어려워진다. 이에 대하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 렌즈계(10)의 수차 정보, 초점 검출부(18)의 광학계의 수차정보, 초점 검출부(18)의 편심 등과 같은 정보, 광경로 검출기 사용에 따른 광로 차에 의한 수차 정보 등을 저장하는 저장부(55)를 구비하고, 연산부(58)에서 상기 저장부(55)에 저장된 정보와 이미징 소자(40)로부터 얻은 촬영 영상 신호와의 연산을 통화여 콘트라스트 AF를 위한 최적의 포커싱 위치를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 저장부(55)는 초점 검출부(18)에 의한 초점 검출과 상기 이미징 소자(40)에 의한 초점 검출의 초점 위치 오차 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 연산부(58)가 상기 저장부(55)에 저장된 오차 정보와 상기 이미징 소자(40)로부터 얻은 영상 신호와의 연산을 통해 포커싱 위치를 찾아낼 수 있다.

한편, 상기 광경로 변환기(15)가 이동될 수 있다. 상기한 바와 같이 광경로 변환기(15)가 광경로 상에 배치된 상태에서도 위상차 AF, 콘트라스트 AF, 측광, 촬영 등의 기본적 기능이 구현될 수 있다. 하지만, 광경로 변환기(15)에 의해 광로차가 발생하고, 이로 인해 화질이 열화될 가능성이 있다. 이러한 경우, 선택적으로 광경로 변환기(15)가 광경로를 벗어나 위치하도록 상기 광경로 변환기(15)를 이동시킬 수 있다. 렌즈계(10)를 통과한 광속이 다른 부재를 통하지 않고 바로 이미징 소자(40)로 입사되도록 함으로써 화질을 높일 수 있다. 상기 광경로 변환기(15)는 광경로 변환기 구동부(19)에 의해 회동될 수 있다. 광경로 변환기(15)가 이동시 위상차 AF는 사용하지 않고, 이미징 소자(40)를 이용한 콘트라스트 AF를 수행할 수 있다. 또는, 촬영시 광경로 변환기(40)가 매우 짧은 시간 이동되어 있는 동안에 위상차 AF의 포커스 위치가 가지고 있는 오차를 콘트라스트 AF가 보정하고 촬영이 이루어지도록 구성할 수 있다.

상기 광경로 변환기(15)는 평면 또는 구면으로 형성될 수 있다. 광경로 변환기(15)가 구면으로 형성되는 경우, 위상차 AF의 포커스 영역을 촬영 프레임에 넓게 배치할 수 있다. 그럼으로써, 촬영 영역에 대하여 넓은 영역의 위상차 AF가 가능하게 되고, 또한 콘트라스트 AF와의 연계성을 향상할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치는 측광 센서(60)를 더 구비하고, 상기 측광 센서(60)에서 측정되는 광량에 따라 상기 CPU(50)에서 광투과율 제어부(17)를 통해 상기 광경로 변환기(15)의 광 투과율을 조절할 수 있다. 상기 측광 센서(6)는 렌즈계를 통과하여 이미징 소자에 이르는 광속의 휘도를 측정할 수 있다. 또는, 상기 측광 센서(6)는 촬상 장치 외부에서 측광할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측광 센서(60)에서 측정된 광량이 소정의 광량보다 적을 때 광경로 변환기로 입사되는 광량을 증가시키기 위해 광경로 변환기에 소정 전압을 인가하여 초점 검출 영역의 반사율을 높일 수 있다. 이런 경우, 광경로 변환기의 초점 검출 영역(16)의 반사율을 높이고, 광경로 변환기의 나머지 영역의 투과율을 높임으로써 초점 검출과 표시부에 표시되는 영상의 질 양쪽을 만족시킬 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 저휘도시의 AF 효율이 상승하고, AF와 영상 표시가 가능한 최저 휘도가 낮아져 촬영 가능 환경을 넓힐 수 있다. 또한, 위상차 AF와 콘트라스트 AF를 동시 또는 순차적으로 실행하여 신속하게 동체 추적이 가능하고, 정밀한 포커싱을 통해 보다 고화질의 영상을 촬영할 수 있다.

광량이 보통일 때 초점 검출을 위한 광량 확보를 위해 초점 검출 영역(16)에서의 반사율을 설정하고, 나머지 영역의 투과율을 조절함으로써 초점 검출을 위해 나머지 영역에서 광 손실이 생기는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치는, 간단한 구조를 통하여, 저휘도 포커싱 성능을 높이고, 고속의 정밀한 포커싱 및 동체 추적 포커싱을 가능하게 한다.

본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치는 예를 들어 디지털 카메라, 디지털 캠코더 등에 사용될 수 있다. 도 1에서는 파인더가 따로 없는 디지털 카메라를 예시하였지만, DSLR 카메라에도 본 발명에 따른 촬상 장치를 적용할 수 있다. 즉, DSLR 카메라에서도 광경로 변환기인 미러를 영역별로 광 투과율을 조절할 수 있도록 함으로써 초점 검출과 뷰 파인더상에서의 영상 모두를 양호하게 구현할 수 있도록 할 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치가 저장부와 연산부를 구비한 예를 블록도로 나타낸 것이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

10...렌즈계, 15...광경로 변환기

16...초점 검출 영역, 17...광경로 변환기 구동부

18...초점 검출부, 20...바디

30...셔터, 40...이미징 소자

45...영상 처리부, 50...광 투과율 제어부

Claims

렌즈계;

상기 렌즈계를 통과한 광을 수광하는 이미징 소자;

상기 렌즈계를 통과한 광의 일부를 수광하여 초점을 검출하기 위한 초점 검출부; 및

적어도 하나의 초점 검출 영역을 포함하고, 상기 렌즈계로부터 상기 초점 검출 영역으로 입사한 광의 경로를 변환하여 일부광을 상기 초점 검출부로 보내고, 상기 렌즈계로부터 입사한 나머지 광을 상기 이미징 소자로 보내며, 영역별로 광 반사율과 투과율이 조절되는 광경로 변환기;를 포함하는 촬상 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광경로 변환기는 독립적으로 광 반사율과 투과율이 조절되는 복수 개의 영역을 포함하는 촬상 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광경로 변환기는 스마트 윈도우를 포함하는 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 광경로 변환기는 일렉트로크로믹 미러, 액정 디스플레이, 분극입자분산디스플레이, 포토크로믹 글래스, 또는 써모크로믹 글래스 중 하나를 포함하는 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 초점 검출부는 위상차 초점 검출을 수행하는 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 이미징 소자에 수광된 광을 이용하여 콘트라스트 초점 검출을 수행하는 촬상 장치.
제 6항에 있어서,

상기 초점 검출부에 의한 초점 검출과 상기 이미징 소자에 의한 초점 검출의 초점 위치 오차 정보를 저장하는 저장부; 및

상기 저장부에 저장된 오차 정보와 상기 이미징 소자로부터 얻은 영상 신호와의 연산을 통해 포커싱 위치를 찾아내는 연산부;를 더 포함하는 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 촬상 장치는 측광 센서를 더 구비하고, 상기 측광 센서에서 측정되는 광량에 따라 상기 광경로 변환기의 광 투과율이 조절되는 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 촬상 장치는 상기 광경로 변환기를 이동시키는 광경로 변환기 구동부를 더 포함하는 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 광경로 변환기가 구면으로 형성된 촬상 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 초점 검출 영역은 상기 광경로 변환기에서 그 위치와 개수를 선택할 수 있도록 된 촬상 장치.