KR20120127903A - 촬상 소자, 이를 이용한 디지털 촬영 장치, 오토 포커싱 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장매체 - Google Patents

촬상 소자, 이를 이용한 디지털 촬영 장치, 오토 포커싱 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장매체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 복수의 화소들을 포함하는 촬상 소자에 있어서, 입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하며, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치된, 촬상 소자가 제공된다.

Description

촬상 소자, 이를 이용한 디지털 촬영 장치, 오토 포커싱 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장매체{Image pickup device, digital photographing apparatus using the device, auto-focusing method, and computer-readable storage medium for performing the method}
본 발명의 실시예들은 촬상 소자, 상기 촬상 소자를 이용한 디지털 촬영 장치, 오토 포커싱 방법, 및 상기 오토 포커싱 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 저장매체에 관한 것이다.
디지털 콤팩트 카메라, 렌즈 교환식 카메라, 캠코더 등 촬영 장치에서 오토 포커싱 시스템(AF 시스템)이 널리 탑재되고 있다. AF 시스템은 위상차 검출 방식의 AF 시스템(이하 위상차 AF)과, 콘트라스트 검출 방식의 AF 시스템(이하 콘트라스트 AF)이 있다.
위상차 AF는 위상차 AF 센서를 촬상소자와 별도로 구비하고, 위상차 AF 센서 출력으로부터 렌즈의 디포커스량을 구해 AF를 수행한다. 또한, 위상차 AF를 위해서는 위상차 AF를 위한 별도의 미러가 필요하다. 예를 들면 DSLR(digital single lens reflection) 카메라에 위상차 AF를 적용하기 위해서는, 메인 미러 이외에, 입사광을 위상차 AF 센서로 이끌기 위한 서브 미러가 구비된다. 위상차 AF는 고속 AF가 가능하고 고성능 AF가 가능한 장점이 있지만, 위상차 AF를 위한 별도의 광학계가 필요해, 고비용의 시스템이다.
콘트라스트 AF는 촬상소자의 화상 데이터 출력으로부터 고주파 데이터를 추출해, 이것이 극대가 되도록 AF 제어를 수행한다. 콘트라스트 AF는 이를 위한 신호 처리 회로가 요구되지만, 별도의 센서나 광학계가 필요하지 않아 비교적 저렴하게 AF 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있다. 그러나 위상차 AF에 비해 저속이고 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들은 별도의 위상차 AF 센서와 광학계 없이 위상차 AF를 수행하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은 촬상소자에 위상차 검출용 서브 화소를 배치하면서도 전 화소 영역에서 균일한 보간을 수행하여, 촬상소자에 위상차 검출용 서브 화소를 배치하면서 화질 저하가 생기지 않도록 하기 위한 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들은 화소 위치에 따라 위상차 검출용 서브 화소의 제한된 수광 영역의 편향을 다르게 하여, 주변부에 대한 AF 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 복수의 화소들을 포함하는 촬상 소자에 있어서, 입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하며, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치된, 촬상 소자가 제공된다.
상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제1 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행들과 상기 제2 그룹 화소들의 행들은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치될 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제3 그룹 화소들과 제4 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제3 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제1 방향으로 더 편향되어 배치되고, 상기 제4 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제2 방향으로 더 편향되어 배치되며, 상기 제3 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제4 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행, 상기 제2 그룹 화소들의 행, 상기 제3 그룹 화소들의 행, 및 상기 제4 그룹 화소들의 행은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치될 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치될 수 있다.
상기 촬상 소자는 상기 제1 그룹 화소들 및 상기 제2 그룹 화소들이 배치되는 복수의 제1 영역들과, 상기 제5 그룹 화소들과 상기 제6 그룹 화소들이 배치되는 복수의 제2 영역들을 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들은 상기 제1 영역 내에서 상기 행 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 상기 제1 영역 내에서 상기 행 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제1 그룹 화소들의 행과 상기 제2 그룹 화소들의 행은 상기 제1 영역 내에서 열 방향으로 서로 번갈아가며 배치되며, 상기 제5 그룹 화소들은 상기 제2 영역들 내에서 상기 열 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들은 상기 제2 영역들 내에서 상기 열 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 열과 상기 제6 그룹 화소들의 열은 상기 제2 영역 내에서 상기 행 방향으로 서로 번갈아가며 배치될 수 있다.
상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제1 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제2 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제1 방향 쪽으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제2 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제1 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제2 방향 쪽으로 편향되어 배치될 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치될 수 있다.
상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제1 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제2 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제1 방향 쪽으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제2 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제1 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제2 방향 쪽으로 편향되어 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제3 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제4 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제3 방향 쪽으로 편향되어 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제4 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제3 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제4 방향 쪽으로 편향되어 배치될 수 있다.
상기 복수의 수광 서브 화소들은, 상기 위상차 검출용 서브 화소들보다 그 크기가 크고 해당 수광 서브 화소의 중심에 위치한 수광 영역을 가질 수 있다.
상기 복수의 수광 서브 화소들과, 상기 제한된 수광 영역들은 각각, 입사광을 광전 변환하는 포토다이오드 층; 소정의 개구를 구비하여 상기 수광 영역을 정의하고, 상기 포토다이오드 층상에 형성된 마스크 층; 및 입사광을 집광하고, 상기 마스크 층상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 피사계로부터 입사된 빛을 집광하는 광학계; 상기 광학계를 통해 입사된 빛을 광전 변화하고, 복수의 화소들을 포함하는 촬상 소자; 및 상기 촬상 소자로부터 생성된 위상차 검출 신호로부터 합초 여부를 판단하는 위상차 AF(auto-focusing) 처리부를 포함하고, 상기 촬상 소자는, 입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 위상차 검출용 서브 화소는 상기 위상차 검출 신호를 생성하여 출력하며, 상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치된, 디지털 촬영 장치가 제공된다.
상기 위상차 AF 처리부는, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호의 세기를 화소 위치에 따라 판독하여, 합초 여부와, 합초 상태가 되기 위한 렌즈의 이동 방향을 판별할 수 있다.
상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제1 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행들과 상기 제2 그룹 화소들의 행들은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치되고, 상기 위상차 AF 처리부는, 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 영역에서 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호와, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하고, 상기 임계치 미만으로 검출된 경우, 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하고, 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단할 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제3 그룹 화소들과 제4 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제3 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제1 방향으로 더 편향되어 배치되고, 상기 제4 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제2 방향으로 더 편향되어 배치되며, 상기 위상차 AF 처리부는, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 제1 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하고, 상기 제3 그룹 화소들과 상기 제4 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 상기 제1 초점 거리 영역보다 짧은 초점 거리 영역인 제2 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단할 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 위상차 AF 처리부는, 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 중심 영역에서 상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하고, 상기 임계치 미만으로 검출된 경우, 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하고, 광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하고, 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되며, 후핀 상태로 판단하고, 광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단할 수 있다.
상기 디지털 촬영 장치는, 상기 복수의 수광 서브 화소들과 상기 위상차 검출용 서브 화소들에 대해 보간을 수행하는 보간부를 더 포함하고, 상기 복수의 수광 서브 화소들은 서로 다른 색상 성분을 갖는 수광 서브 화소들로 이루어지고, 상기 보간부는, 같은 색상을 갖는 수광 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하고, 상기 위상차 초점 검출용 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행할 수 있다.
상기 디지털 촬영 장치는, 상기 복수의 수광 서브 화소들로부터 생성된 촬상 신호로부터 콘트라스트 정보를 추출하고, 합초 여부를 판단하는 콘트라스트 AF 처리부; 및 상기 위상차 AF 처리부와 상기 콘트라스트 AF 처리부의 합초 여부 판단 결과에 따라 상기 광학계에 포함된 렌즈를 구동하는 렌즈 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 촬상 소자를 포함하는 디지털 촬영 장치의 오토 포커싱 방법에 있어서, 입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 위상차 검출용 서브 화소는 상기 위상차 검출 신호를 생성하여 출력하며, 상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 오토 포커싱 방법은, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호의 세기를 화소 위치에 따라 판독하여, 합초 여부를 판별하는 단계; 및 합초 상태가 아닌 경우, 전핀 상태 또는 후핀 상태인지 여부를 판별하는 단계를 포함하는, 오토 포커싱 방법이 제공된다.
상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제1 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행들과 상기 제2 그룹 화소들의 행들은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치되고, 상기 오토 포커싱 방법은, 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 영역에서 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호와, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하는 단계; 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호와, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출된 경우, 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하는 단계; 및 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제3 그룹 화소들과 제4 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제3 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제1 방향으로 더 편향되어 배치되고, 상기 제4 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제2 방향으로 더 편향되어 배치되며, 상기 오토 포커싱 방법은, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 제1 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제3 그룹 화소들과 상기 제4 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 상기 제1 초점 거리 영역보다 짧은 초점 거리 영역인 제2 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 오토 포커싱 단계는, 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 중심 영역에서 상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하는 단계; 상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 위상차 상기 임계치 미만으로 검출된 경우, 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하는 단계; 광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하는 단계; 광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되며, 후핀 상태로 판단하는 단계; 및 광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 수광 서브 화소들은 서로 다른 색상 성분을 갖는 수광 서브 화소들로 이루어지고, 상기 오토 포커싱 방법은, 같은 색상을 갖는 수광 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하는 단계; 및 상기 위상차 초점 검출용 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 오토 포커싱 방법은, 상기 복수의 수광 서브 화소들로부터 생성된 촬상 신호로부터 콘트라스트 정보를 추출하고, 합초 여부를 판단하는 단계; 및 상기 위상차 검출 신호에 따른 합초 여부 판단 결과와, 상기 콘트라스트 정보에 따른 합초 여부 판단 결과에 따라, 렌즈를 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 촬상 소자를 포함하는 디지털 촬영 장치의 오토 포커싱 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장매체에 있어서, 입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 위상차 검출용 서브 화소는 상기 위상차 검출 신호를 생성하여 출력하며, 상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하고, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 오토 포커싱 방법은, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호의 세기를 화소 위치에 따라 판독하여, 합초 여부를 판별하는 단계; 및 합초 상태가 아닌 경우, 전핀 상태 또는 후핀 상태인지 여부를 판별하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 저장매체가 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 별도의 위상차 AF 센서와 광학계 없이 위상차 AF를 수행하여, 저비용의 간단한 시스템으로 고속 AF를 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 촬상소자에 위상차 검출용 서브 화소를 배치하면서도 전 화소 영역에서 균일한 보간을 수행하여, 촬상소자에 위상차 검출용 서브 화소를 배치하면서 화질 저하를 방지하는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 실시예들은 화소 위치에 따라 위상차 검출용 서브 화소의 제한된 수광 영역의 편향을 다르게 하여, 주변부에 대한 AF 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 촬영 장치(100)의 예시적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)에 구비되는 위상차 검출용 서브 화소들과 수광 서브 화소들의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)의 사출 동공을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 화소들 내의 복수의 서브 화소들의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 5b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl 및 sr)의 수광 영역을 나타내며, 도 5c는 사출 동공을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU/DSP(170a)의 구조와, 디지털 촬영 장치(100)의 일부 구성요소들을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 위상차 AF 처리부(630)에서 위상차 AF를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보간 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 AF 처리부(630)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 11b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sl2, sr1, 및 sr2)의 수광 영역을 나타내며, 도 11c는 사출 동공을 나타내고, 도 11d는 초점 거리에 따른 위상차 AF 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 12b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl, sl, st, 및 sb)의 수광 영역을 나타내며, 도 12c는 사출 동공을 나타낸 도면이다.
도 13a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 13b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sr1, sl2, sr2, sl3, 및 sr3)의 수광 영역을 나타내며, 도 13c는 촬상 소자(118)의 위치에 따른 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sr1, sl2, sr2, sl3, 및 sr3)의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 촬영 장치(100)의 예시적인 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 촬영 장치(100)는 촬영부(110), 아날로그 신호 처리부(120), 메모리(130), 저장/판독 제어부(140), 데이터 저장부(142), 프로그램 저장부(150), 표시 구동부(162), 표시부(164), CPU/DSP(170), 및 조작부(180)를 포함할 수 있다.
디지털 촬영 장치(100)의 전체 동작은 CPU/DSP(170)에 의해 통괄된다. CPU/DSP(170)는 렌즈 구동부(112), 조리개 구동부(115), 촬상 소자 제어부(119) 등에 각 구성 요소의 동작을 위한 제어 신호를 제공한다.
촬영부(110)는 입사광으로부터 전기적인 신호의 영상을 생성하는 구성요소로서, 렌즈(111), 렌즈 구동부(112), 조리개(113), 조리개 구동부(115), 촬상 소자(118), 및 촬상 소자 제어부(119)를 포함한다.
렌즈(111)는 복수의 렌즈들을 구비할 수 있다. 렌즈(111)는 렌즈 구동부(112)에 의해 그 위치가 조절된다. 렌즈 구동부(112)는 CPU/DSP(170)에서 제공된 제어 신호에 따라 렌즈(111)의 위치를 조절한다.
조리개(113)는 조리개 구동부(115)에 의해 그 개폐 정도가 조절되며, 촬상 소자(118)로 입사되는 광량을 조절한다.
렌즈(111) 및 조리개(113)를 투과한 광학 신호는 촬상 소자(118)의 수광면에 이르러 피사체의 상을 결상한다. 상기 촬상 소자(118)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)일 수 있다. 이와 같은 촬상 소자(118)는 촬상 소자 제어부(119)에 의해 감도 등이 조절될 수 있다. 촬상 소자 제어부(119)는 실시간으로 입력되는 영상 신호에 의해 자동으로 생성되는 제어 신호 또는 사용자의 조작에 의해 수동으로 입력되는 제어 신호에 따라 촬상 소자(118)를 제어할 수 있다.
촬상 소자(118)의 노광 시간은 셔터(미도시)로 조절된다. 셔터(미도시)는 가리개를 이동시켜 빛의 입사를 조절하는 기계식 셔터와, 촬상 소자(118)에 전기 신호를 공급하여 노광을 제어하는 전자식 셔터가 있다.
아날로그 신호 처리부(120)는 촬상 소자(118)로부터 공급된 아날로그 신호에 대하여, 노이즈 저감 처리, 게인 조정, 파형 정형화, 아날로그-디지털 변환 처리 등을 수행한다.
아날로그 신호 처리부(120)에 의해 처리된 신호는 메모리(130)를 거쳐 CPU/DSP(170)에 입력될 수도 있고, 메모리(130)를 거치지 않고 CPU/DSP(170)에 입력될 수도 있다. 여기서 메모리(130)는 디지털 촬영 장치(100)의 메인 메모리로서 동작하고, CPU/DSP(170)가 동작 중에 필요한 정보를 임시로 저장한다. 프로그램 저장부(130)는 디지털 촬영 장치(100)를 구동하는 운영 시스템, 응용 시스템 등의 프로그램을 저장한다.
아울러, 디지털 촬영 장치(100)는 이의 동작 상태 또는 디지털 촬영 장치(100)에서 촬영한 영상 정보를 표시하도록 표시부(164)를 포함한다. 표시부(164)는 시각적인 정보 및/또는 청각적인 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 시각적인 정보를 제공하기 위해 표시부(164)는 예를 들면, 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED) 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 표시부(164)는 터치 입력을 인식할 수 있는 터치스크린일 수 있다.
표시 구동부(162)는 표시부(164)에 구동 신호를 제공한다.
CPU/DSP(170)는 입력되는 촬상 신호를 처리하고, 이에 따라 또는 외부 입력 신호에 따라 각 구성부들을 제어한다. CPU/DSP(170)는 입력된 촬상 신호에 대해 노이즈를 저감하고, 감마 보정(Gamma Correction), 색필터 배열보간(color filter array interpolation), 색 매트릭스(color matrix), 색보정(color correction), 색 향상(color enhancement) 등의 화질 개선을 위한 영상 신호 처리를 수행할 수 있다. 또한, 화질 개선을 위한 영상 신호 처리를 하여 생성한 영상 데이터를 압축 처리하여 영상 파일을 생성할 수 있으며, 또는 상기 영상 파일로부터 영상 데이터를 복원할 수 있다. 영상의 압축형식은 가역 형식 또는 비가역 형식이어도 된다. 적절한 형식의 예로서, 정지 영상에 경우, JPEG(Joint Photographic Experts Group)형식이나JPEG 2000 형식 등으로 변환도 가능하다. 또한, 동영상을 기록하는 경우, MPEG(Moving Picture Experts Group) 표준에 따라 복수의 프레임들을 압축하여 동영상 파일을 생성할 수 있다. 영상 파일은 예를 들면 Exif(Exchangeable image file format) 표준에 따라 생성될 수 있다.
CPU/DSP(170)로부터 출력된 이미지 데이터는 메모리(130)를 통하여 또는 직접 저장/판독 제어부(140)에 입력되는데, 저장/판독 제어부(140)는 사용자로부터의 신호에 따라 또는 자동으로 영상 데이터를 데이터 저장부(142)에 저장한다. 또한 저장/판독 제어부(140)는 데이터 저장부(142)에 저장된 영상 파일로부터 영상에 관한 데이터를 판독하고, 이를 메모리(130)를 통해 또는 다른 경로를 통해 표시 구동부에 입력하여 표시부(164)에 이미지가 표시되도록 할 수도 있다. 데이터 저장부(142)는 탈착 가능한 것일 수도 있고 디지털 촬영 장치(100)에 영구장착된 것일 수 있다.
또한, CPU/DSP(170)에서는 불선명 처리, 색체 처리, 블러 처리, 엣지 강조 처리, 영상 해석 처리, 영상 인식 처리, 영상 이펙트 처리 등도 행할 수 있다. 영상 인식 처리로 얼굴 인식, 장면 인식 처리 등을 행할 수 있다. 아울러, CPU/DSP(170)에서는 표시부(164)에 디스플레이하기 위한 표시 영상 신호 처리를 행할 수 있다. 예를 들어, 휘도 레벨 조정, 색 보정, 콘트라스트 조정, 윤곽 강조 조정, 화면 분할 처리, 캐릭터 영상 등 생성 및 영상의 합성 처리 등을 행할 수 있다. 상기 CPU/DSP(170)는 외부 모니터와 연결되어, 외부 모니터에 디스플레이 되도록 소정의 영상 신호 처리를 행할 수 있으며, 이렇게 처리된 영상 데이터를 전송하여 상기 외부 모니터에서 해당 영상이 디스플레이 되도록 할 수 있다.
또한 CPU/DSP(170)는 프로그램 저장부(130)에 저장된 프로그램을 실행하거나, 별도의 모듈을 구비하여, 오토 포커싱, 줌 변경, 초점 변경, 자동 노출 보정 등을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 조리개 구동부(115), 렌즈 구동부(112), 및 촬상 소자 제어부(119)에 제공하고, 셔터, 플래시 등 디지털 촬영 장치(100)에 구비된 구성 요소들의 동작을 총괄적으로 제어할 수 있다.
조작부(180)는 사용자가 제어 신호를 입력할 수 있는 곳이다. 조작부(180)는 정해진 시간 동안 촬상 소자(118)를 빛에 노출하여 사진을 촬영하도록 하는 셔터-릴리즈 신호를 입력하는 셔터-릴리즈 버튼, 전원의 온-오프를 제어하기 위한 제어 신호를 입력하는 전원 버튼, 입력에 따라 화각을 넓어지게 하거나 화각을 좁아지게 줌 버튼, 모드 선택 버튼, 기타 촬영 설정값 조절 버튼 등 다양한 기능 버튼들을 포함할 수 있다. 조작부(180)는 버튼, 키보드, 터치 패드, 터치스크린, 원격 제어기 등과 같이 사용자가 제어 신호를 입력할 수 있는 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)에 구비되는 위상차 검출용 서브 화소들과 수광 서브 화소들의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)에 구비된 복수의 화소들은 복수의 서브 화소들을 포함한다. 하나의 화소를 구성하는 복수의 서브 화소들은 적어도 하나의 위상차 검출용 서브 화소와 복수의 수광 서브 화소들로 이루어진다.
복수의 서브 화소들은 포토다이오드 층(210), 마스크 층(220), 및 마이크로 렌즈(230)를 포함한다.
포토다이오드 층(210)은 광전 현상에 의해 광학 신호(L)를 전기적인 신호로 변환한다. 전기적인 신호의 세기는 광학 신호(L)의 세기에 따라 달라진다.
마스크 층(220)은 각각의 복수의 서브 화소들의 수광 영역을 정의한다. 이를 위해 마스크 층(220)은 수광 영역에 대응하는 개구(212, 214, 및 216)를 갖는다. 마스크 층(220)은 메탈 마스크로 구현될 수 있다.
마이크로 렌즈(230)는 입사되는 광학 신호(L)를 집광하여 포토다이오드 층(210)으로 전달한다.
위상차 검출용 서브 화소(S)는 제한된 수광 영역(212 및 214)을 갖고, 상기 제한된 수광 영역(212 및 214)은 편향되어 배치된다. 또한 위상차 검출용 서브 화소(S)는 화소에 따라 서로 다른 방향으로 편향되어 배치된 제한된 수광 영역(212 및 214)을 가질 수 있다. 상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소(S)의 제한된 수광 영역(212 및 214)의 배치에 따라 서로 다른 그룹의 화소들로 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 도 2의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 화소들이 두 종류의 위상차 검출용 서브 화소들(sl 및 sr)을 가질 수 있다. 여기서 제1 위상차 검출용 서브 화소들(sl)을 포함하는 화소들을 제1 그룹 화소라고 칭하고, 제2 위상차 검출용 서브 화소들(sr)을 포함하는 화소들을 제2 그룹 화소라고 칭한다. 제1 위상차 검출용 서브 화소들(sl)은 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치된 제한된 수광 영역(212)을 갖고, 제2 위상차 검출용 서브 화소들(sr)은 행 방향을 따라 정의되고 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치된 제한된 수광 영역(214)을 갖는다. 본 실시예에서 제한된 수광 영역(212 및 214)은 행 방향과 수직인 열 방향으로 연장된 모양을 갖는다.
복수의 수광 서브 화소들은 적색 서브 화소, 청색 서브 화소, 녹색 서브 화소, 및 시안(cyan) 서브 화소 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것들의 조합으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 수광 서브 화소들은 해당 서브 화소의 전 영역에 걸쳐서 형성되고, 중심에 배치된 수광 영역(216)을 갖는다. 복수의 수광 서브 화소들의 수광 영역(216)은 서브 화소들의 영역을 정의하도록 형성되고, 이러한 수광 영역(216)을 갖는 마스크 층(220)에 의해 인접한 서브 화소들 사이의 간섭이 방지된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)의 사출 동공을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 촬상 소자(118)가 위상차 검출용 서브 화소들(sl 또는 sr)을 구비하기 때문에, 일반적인 촬상 소자(118)와는 다른 사출 동공을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)는 광축에 그 중심을 갖는 원 또는 타원으로 정의된 수광 서브 화소의 사출 동공과, 광축으로부터 제1 방향으로 편향되어 배치된 원 또는 타원으로 정의되는 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)의 사출 동공과, 광축으로부터 제2 방향으로 편향되어 배치된 원 또는 타원으로 정의되는 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)의 사출 동공이 조합된 형태의 사출 동공을 갖는다. 본 발명의 일 실시예는 이러한 사출 동공의 조합에 의하여, 촬상 소자(118)에서 입사광에 따른 촬상 신호를 생성하면서, 동시에 AF를 위한 위상차 검출이 가능해지도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 화소들 내의 복수의 서브 화소들의 배치를 나타낸 도면이다.
복수의 화소들은 촬상 소자(118)의 전 영역에 걸쳐서 동일한 서브 화소 패턴을 갖는다. 상기 복수의 서브 화소들의 패턴은 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 실시예들을 가질 수 있다. 도 4에서 R, G, B는 수광 서브 화소를 나타내며, S는 위상차 검출용 서브 화소를 나타낸다. 또한 R은 적색 서브 화소, B는 청색 서브 화소, G는 녹색 서브 화소를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 위상차 검출용 서브 화소(S)와 수광 서브 화소들(R, G, B)의 배치는 다양하게 결정될 수 있다. 본 명세서에서는 복수의 화소들이 도 4의 (a)에 도시된 서브 화소 패턴을 갖는 실시예를 중심으로 설명하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명은 다양한 실시예의 서브 화소 패턴을 가질 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 5b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl 및 sr)의 수광 영역을 나타내며, 도 5c는 사출 동공을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 위상차 검출용 서브 화소(sr 또는 sl)와 복수의 수광 서브 화소들(R, G, 및 B)을 포함하는 복수의 화소들이 도 5a에 도시된 바와 같이 촬상 소자(118)에 배치된다. 여기서 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)를 포함하는 화소는 제1 그룹 화소(G1)로 지칭하고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)를 포함하는 화소는 제2 그룹 화소(G2)로 지칭한다.
도 5b에 도시된 바와 같이 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)는 제1 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(212)을 갖고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)는 제2 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(214)을 갖는다. 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)와 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)의 제한된 수광 영역(212 및 214)은 열 방향으로 연장된 모양을 갖는다. 한편 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 그룹 화소들(G1)이 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 제2 그룹 화소들(G2)이 연속적으로 배치되며, 제1 그룹 화소들(G1)의 행과 제2 그룹 화소들(G2)의 행은 열 방향으로 번갈아가며 배치될 수 있다.
이러한 제한된 수광 영역들(212 및 214)에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 소자(118)는 도 5c에 도시된 바와 같은 사출 동공을 갖는다. 본 발명의 일 실시예는 수광 서브 화소의 사출 동공을 통해 입사된 광학 신호로부터 촬상 신호를 생성하고, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)의 사출 동공과 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)의 사출 동공으로부터 입사된 광학 신호로부터 위상차 AF를 수행한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU/DSP(170a)의 구조와, 디지털 촬영 장치(100)의 일부 구성요소들을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CPU/DSP(170a)는 AF 신호 추출부(610), 촬상 신호 처리부(620), 위상차 AF 처리부(630), 콘트라스트 AF 처리부(640), AF 마이콤(650), 보간부(660), 및 코덱(670)을 포함한다. 촬상 소자(118)는 앞서 도 5a 내지 도 5c에 도시된 화소 배치를 가질 수 있다.
AF 신호 추출부(610)는 촬상 소자(118)의 위상차 검출용 서브 화소들(sl 및 sr)로부터 출력된 위상차 검출용 신호를 추출한다. AF 신호 추출부(610)는 화소 위치에 따라 제1 위상차 검출용 서브 화소들(sl)의 제1 위상차 검출용 신호를 추출하고, 화소 위치에 따라 제2 위상차 검출용 서브 화소들(sr)의 제2 위상차 검출용 신호를 추출한다. 특히 상기 제1 위상차 검출용 신호와 상기 제2 위상차 검출용 신호는 행 방향의 화소 위치에 따라 그 세기가 검출될 수 있다. 일 실시예로서, 제1 위상차 검출용 신호 또는 제2 위상차 검출용 신호의 신호 대 잡음비가 낮은 경우, 같은 열에 속한 수 개 행의 제1 위상차 검출용 서브 화소들(sl)의 제1 위상차 검출용 신호가 적분되어, 행 방향의 화소 위치에 따라 획득될 수 있고, 같은 열에 속한 수 개 행의 제2 위상차 검출용 서브 화소들(sr)의 제2 위상차 검출용 신호가 적분되어, 행 방향의 화소 위치에 따라 획득될 수 있다.
촬상 신호 처리부(620)는 촬상 소자(118)의 수광 서브 화소들(R, G, 및 B)로부터 출력된 촬상 신호를 추출하고, 촬상 신호에 대한 신호 처리를 수행한다. 촬상 신호 처리부(620)는 촬상 소자(118)로부터 출력되고 아날로그 신호 처리부(120)에서 노이즈 제거, 신호 진폭 조정, 아날로그-디지털 변환 등의 처리가 수행된 촬상 신호를 입력받아, 보간처리, 화이트밸런스 처리, 감마 처리, 에지 강조 처리, 노이즈 제거 처리 등을 수행한다. 또한 촬상 신호 처리부(620)는 촬상 소자(118)로부터 출력된 RGB 형식의 신호에 대해 색좌표 변환 처리를 수행하는데, 예를 들면 RGB 신호를 YCC 신호로 변환할 수 있다. 촬상 신호 처리부(620)는 보간 처리를 위한 보간부(660)를 구비할 수 있다.
위상차 AF 처리부(630)는 상기 제1 및 제2 위상차 검출용 신호를 이용하여 위상차 AF를 수행한다.
도 7a 내지 도 7c는 위상차 AF 처리부(630)에서 위상차 AF를 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7a는 합초 상태, 도 7b는 전핀 상태, 도 7c는 후핀 상태를 나타낸다. 도 7a 내지 도 7c에서 화소 위치는 행 방향에 따른 화소 위치를 나타낸다.
합초 상태에서는 도 7a의 (a)와 같이 광학계를 통해 촬상 소자(118)로 입사되는 광학 신호가 촬상 소자(118)의 수광면의 중심부에서 초점이 맞는다. 이러한 합초 상태에서는 도 7a의 (b)에 도시된 바와 같이, 수광면의 중심부의 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)와 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)에서 모두 수광할 수 있고, 중심부에서 유효한 위상차 검출용 신호가 검출된다. 따라서 위상차 AF 처리부(630)는 촬상 소자(118)의 중심부에서 제1 위상차 검출용 신호와 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)가 소정의 임계치 이상으로 검출되면 합초상태로 판단한다.
전핀 상태에서는 도 7b의 (a)와같이 광학계를 통해 촬상 소자(118)로 입사되는 광학 신호가 촬상 소자(118)의 수광면의 중심부에서 초점이 맞지 않고, 촬상 소자(118)의 수광면보다 앞에서 초점이 맞는다.
이러한 전핀 상태에서는 도 7b의 (b)에 도시된 바와 같이, 촬상 소자(118)에서 광축으로부터 제1 방향의 영역(AL)에서, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)에서는 광학 신호가 마스크 층에 의해 차단되어 포토다이오드까지 닿지 않고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)에서만 광학 신호가 포토다이오드로 입사되게 된다. 반대로 촬상 소자(118)에서 광축으로부터 제2 방향의 영역(AR)에서, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)에서는 광학 신호가 포토다이오드로 입사되고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)에서는 광학 신호가 포토다이오드까지 닿지 않는다.
따라서 도 7b의 (c)에 도시된 바와 같이, 전핀 상태에서, 광축으로부터 제1 방향의 영역(AL)에서는 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)가 큰 반면 제1 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 작고, 광축으로부터 제2 방향의 영역(AR)에서는 제1 위상차 검출용 신호의 세기(I)가 큰 반면 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 작게 나타난다. 위상차 AF 처리부(630)는 광축으로부터 제1 방향의 촬상 소자의 영역(AL)에서는 제2 위상차 검출용 신호가 소정의 임계치 이상으로 검출되고 제1 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 소정의 임계치 미만으로 검출되며, 광축으로부터 제2 방향의 촬상 소자의 영역(AR)에서는 제1 위상차 검출용 신호가 소정의 임계치 이상으로 검출되고 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 소정의 임계치 미만으로 검출되면 전핀 상태로 판단한다.
후핀 상태에서는 도 7c의 (a)와 같이 광학계를 통해 촬상 소자(118)로 입사되는 광학 신호가 촬상 소자(118)의 수광면의 중심부에서 초점이 맞지 않고, 촬상 소자(118)의 수광면 뒤에서 초점이 맞게 된다.
이러한 후핀 상태에서는 도 7c의 (b)에 도시된 바와 같이, 촬상 소자(118)에서 광축으로부터 제1 방향의 영역(AL)에서, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)에서는 광학 신호가 마스크 층에 의해 차단되어 포토다이오드까지 닿지 않고, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)에서만 광학 신호가 포토다이오드로 입사되게 된다. 반대로 촬상 소자(118)에서 광축으로부터 제2 방향의 영역(AR)에서, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)에서는 광학 신호가 포토다이오드로 입사되고, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)에서는 광학 신호가 포토다이오드까지 닿지 않는다.
따라서 도 7c의 (c)에 도시된 바와 같이, 후핀 상태에서, 광축으로부터 제1 방향의 영역(AL)에서는 제1 위상차 검출용 신호의 세기(I)가 큰 반면 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 작고, 광축으로부터 제2 방향의 영역(AR)에서는 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)가 큰 반면 제1 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 작게 나타난다. 위상차 AF 처리부(630)는 광축으로부터 제1 방향의 촬상 소자의 영역(AL)에서는 제1 위상차 검출용 신호가 소정의 임계치 이상으로 검출되고 제2 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 소정의 임계치 미만으로 검출되며, 광축으로부터 제2 방향의 촬상 소자의 영역(AR)에서는 제2 위상차 검출용 신호가 소정의 임계치 이상으로 검출되고 제1 위상차 검출용 신호의 세기(I)는 소정의 임계치 미만으로 검출되면 후핀 상태로 판단한다.
일예로서, 위상차 AF 처리부(630)는 합초 여부를 판단하기 위해, 상기 제1 위상차 검출 신호와 상기 제2 위상차 검출 신호의 상관(correlation) 값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 화소 위치에 따른 상기 제1 위상차 검출 신호와 상기 제2 위상차 검출 신호의 상관 값을 산출하여, 촬상 소자(118)의 중심부에서 상관 값의 크기가 임계치 이상으로 산출되면 중심부가 합초 상태인 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 오토 포커싱 불능 상태로 판단할 수 있다.
콘트라스트 AF 처리부(640)는 촬상 신호 처리부(620)에서 처리된 촬상 신호를 이용하여, 콘트라스트 값에 기초한 AF를 수행한다. 콘트라스트 AF 처리부(640)는 상기 촬상 신호의 콘트라스트 성분에 해당하는 고주파 성분을 밴드 패스 필터를 이용하여 추출할 수 있다. 또한 추출된 콘트라스트 성분에 적분 처리 등의 소정의 처리가 수행된다. 예를 들면 콘트라스트 성분은 시간에 따라 적분될 수 있다. 콘트라스트 AF 처리부(640)는 콘트라스트 성분이 최대가 되도록 렌즈(111)를 구동할 수 있다.
일예로서, 콘트라스트 AF 처리부(640)는 YCC 신호로 변환된 촬상 신호로부터 Y 성분, 즉 휘도 성분을 이용하여 콘트라스트 AF를 수행할 수 있다.
AF 마이콤(650)은 위상차 AF 처리부(630)에서 산출된 위상차 AF 결과 값과 콘트라스트 AF 처리부(640)에서 산출된 콘트라스트 AF 결과 값을 이용하여 렌즈 구동 제어 신호를 생성하고, 이를 렌즈 구동부(112)로 출력한다. 본 실시예에 따르면, 위상차 AF 처리부(630)에서 합초 여부와 렌즈의 구동 방향이 이미 결정되었기 때문에, 렌즈(111)의 구동 범위 전체에 대한 콘트라스트 성분 검출이 요구되지 않고, 일부 영역에 대한 콘트라스트 성분 검출만을 이용하여 콘트라스트 AF를 수행하고, AF 마이콤(650)에서 이러한 콘트라스트 AF 값을 이용하여 AF를 수행할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면 고속 AF를 수행하면서도, 정교한 AF가 가능한 효과가 있다.
도 6에서는 위상차 AF와 콘트라스트 AF를 함께 수행하는 실시예를 도시하였지만 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 위상차 AF 처리부(630)에서 수행된 위상차 AF 결과만을 이용하여 AF를 수행하는 실시예도 포함한다.
보간부(660)는 촬상 소자(118)로부터 생성된 촬상 신호에 대한 보간 처리를 수행한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보간 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들은 촬상 소자(118)의 전 영역에 걸쳐서, 동일한 서브 화소 패턴을 갖는다. 즉, 촬상 소자(118)의 복수의 화소들은 동일한 위치에 위상차 검출용 서브 화소(S)를 구비한다. 이러한 구성으로 인해, 본 발명의 실시예들은 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서, 동일한 패턴의 주변 화소를 이용하여 보간을 수행할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 촬상 소자(118)에 위상차 검출용 화소(S)를 구비하면서도 보간의 균일성을 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 8의 (a)는 적색 서브 화소(R)의 보간 예를 나타낸다. 보간부(660)는 각각의 적색 서브 화소(R)에 대해 주변의 녹색 서브 화소들(G)의 촬상 신호를 이용하여, 녹색 성분을 획득하고, 주변의 청색 서브 화소들(B)의 촬상 신호를 이용하여, 청색 성분을 획득한다.
도 8의 (b)는 녹색 서브 화소(G)의 보간 예를 나타낸다. 보간부(660)는 각각의 녹색 서브 화소(G)에 대해 주변의 적색 서브 화소들(R)의 촬상 신호를 이용하여, 적색 성분을 획득하고, 주변의 청색 서브 화소들(B)의 촬상 신호를 이용하여, 청색 성분을 획득한다.
도 8의 (c)는 청색 서브 화소(B)의 보간 예를 나타낸다. 보간부(660)는 각각의 청색 서브 화소(B)에 대해 주변의 적색 서브 화소들(R)의 촬상 신호를 이용하여, 적색 성분을 획득하고, 주변의 녹색 서브 화소들(G)의 촬상 신호를 이용하여, 녹색 성분을 획득한다.
도 8의 (d)는 위상차 검출용 화소(S)의 보간 예를 나타낸다. 보간부(660)는 각각의 위상차 검출용 화소(S)에 대해 주변의 적색 서브 화소들(R)의 촬상 신호를 이용하여, 적색 성분을 획득하고, 주변의 녹색 서브 화소들(G)의 촬상 신호를 이용하여, 녹색 성분을 획득하며, 주변의 청색 서브 화소들(B)의 촬상 신호를 이용하여, 청색 성분을 획득한다.
도 8에 도시된 바와 같이 각각의 적색 서브 화소(R), 녹색 서브 화소(G), 청색 서브 화소(B) 및 위상차 검출용 서브 화소(S)는 동일한 패턴의 주변 서브 화소들을 이용하여 보간을 수행할 수 있고, 보간의 균일성이 보장된다.
코덱(670, 도 6 참조)은 촬상 신호 처리부(620)에서 처리된 촬상 신호를 미리 결정된 형식에 따라 인코딩하거나, 데이터 저장부(142) 등에 인코딩되어 저장된 영상 파일을 디코딩한다. 코덱(670)은 JPEG 표준, MPEG 표준 등에 따라 촬상 신호를 인코딩하거나, 영상 파일에 저장된 영상 신호를 디코딩할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 AF 처리부(630)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 AF 처리부(630)는 화소 선택부(902), 버퍼 제어부(904), 버퍼(906), 전처리부(908), 감산부(910), 검파부(912), 합초 여부 판단부(914), 및 디포커스 처리부(916)를 포함할 수 있다.
화소 선택부(902)는 AF 신호 추출부(610)에서 추출된 위상차 검출 신호들을 제1 위상차 검출 신호와 제2 위상차 검출 신호로 구분하여 화소 별로 입력받고, 이를 버퍼 제어부(904)를 통해 버퍼(906)에 저장한다. 또한, 버퍼 제어부(904)는 제1 위상차 검출용 서브화소들(sl)과 제2 위상차 검출용 서브 화소들(sr)의 촬상면 상의 위치 차이로 인해 발생하는 제1 위상차 검출 신호와 제2 위상차 검출 신호의 타이밍 차이를 보정한다. 전처리부(908)는 상기 위상차 검출 신호들에 노이즈 제거, 신호 진폭 조정 등의 처리를 하고, 제1 및 제2 위상차 검출 신호에 포함된 위상차 정보를 후단에서 검출하기 쉽게 사전 처리한다. 감산부(910)는 제1 위상차 검출 신호와 제2 위상차 검출 신호를 감산해서, 제1 위상차 검출 신호와 제2 위상차 검출 신호의 차이를 추출한다. 검파부(912)는 감산부(910)에서 추출한 제1 위상차 검출 신호와 제2 위상차 검출 신호의 차이 정보를 정량적으로 검출하여, 제1 위상차 검출 신호와 제2 위상차 검출 신호의 상관량을 검출한다. 합초 여부 판단부(914)는 검파부(912)에서 촬상 소자(118)의 중심부에서 높은 상관 값이 산출된 경우, 또는 촬상 소자(118)의 중심부에서 제1 및 제2 위상차 검출 신호가 임계치 이상의 값을 갖는 경우에 합초 상태로 판단한다. 합초 여부 판단부(914)에서 합초 상태로 판단되지 않은 경우, 디포커스 처리부(916)는 전핀 상태 또는 후핀 상태인지 여부를 판단한다. 전핀 상태 또는 후핀 상태는 앞서 도 7b 및 도 7c에서 설명한 바와 같이 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
우선 본 실시예에 따른 오토 포커싱 방법은 촬상 소자(118)의 중앙부의 제1 및 제2 위상차 검출 신호를 검파하여(S1002), 임계치 이상인 경우(S1004), 합초 상태로 판단한다(S1006). 만약 위상차 검출 신호가 임계치 미만인 경우(S1004), 광축으로부터 제1 방향으로 치우친 촬상 소자(118)의 주변부의 제1 및 제2 위상차 검출 신호를 검파한다(S1008). 만약 제2 위상차 검출 신호의 세기가 임계치 이상이고 제1 위상차 검출 신호의 세기가 임계치 미만인 경우(S1010), 전핀 상태로 판단하고(S1012), 제1 위상차 검출 신호가 임계치 이상이고, 제2 위상차 검출 신호가 임계치 미만인 경우(S1014), 후핀 상태로 판단한다(S1016). 어떠한 경우에도 해당하지 않는 경우 전핀 상태 또는 후핀 상태인지 여부는 판단하지 못하고 오토 포커싱 불능 상태(S1018)로 판단한다.
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 11b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sl2, sr1, 및 sr2)의 수광 영역을 나타내며, 도 11c는 사출 동공을 나타내고, 도 11d는 초점 거리에 따른 위상차 AF 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 내지 제4 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sl2, sr1, 및 sr2) 중 어느 하나와 복수의 수광 서브 화소들(R, G, 및 B)을 포함하는 복수의 화소들이 도 11a에 도시된 바와 같이 촬상 소자(118)에 배치된다. 여기서 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)를 포함하는 화소는 제1 그룹 화소(G1)로 지칭하고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)를 포함하는 화소는 제2 그룹 화소(G2)로 지칭하고, 제3 위상차 검출용 서브 화소(sl2)를 포함하는 화소는 제3 그룹 화소(G3)로 지칭하고, 제4 위상차 검출용 서브 화소(sr2)를 포함하는 화소는 제4 그룹 화소(G4)로 지칭한다.
도 11b에 도시된 바와 같이 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)는 제1 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(212a)을 갖고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)는 제2 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(214a)을 갖는다. 제3 위상차 검출용 서브 화소(sl2)는 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)보다 제1 방향으로 더 편향된 제한된 수광 영역(212b)을 갖고, 제4 위상차 검출용 서브 화소(sr2)는 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)보다 제2 방향으로 더 편향된 제한된 수광 영역(214b)을 갖는다. 제1 내지 제4 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sr1, sl2, 및 sr2)의 제한된 수광 영역(212a, 214a, 212b, 및 214b)은 열 방향으로 연장된 모양을 갖는다. 한편 도 11a에 도시된 바와 같이, 제1 그룹 화소들(G1)이 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 제2 그룹 화소들(G2)이 연속적으로 배치되며, 제3 그룹 화소들(G3)이 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 제4 그룹 화소들(G4)이 행 방향으로 연속적으로 배치된다. 제1 그룹 화소들(G1)의 행, 제2 그룹 화소들(G2)의 행, 제3 그룹 화소들(G3)의 행, 및 제4 그룹 화소들(G4)의 행은 열 방향으로 번갈아가며 배치될 수 있다.
이러한 제한된 수광 영역들(212a, 214a, 212b, 및 214b)에 의해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 소자(118)는 도 11c에 도시된 바와 같은 사출 동공을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예는 수광 서브 화소의 사출 동공을 통해 입사된 광학 신호로부터 촬상 신호를 생성하고, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)의 사출 동공, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)의 사출 동공, 제3 위상차 검출용 서브 화소(sl2)의 사출 동공, 및 제4 위상차 검출용 서브 화소(sr2)의 사출 동공으로부터 입사된 광학 신호로부터 위상차 AF를 수행한다.
본 실시예에 따르면, 제1 초점 거리 영역(FL1)에서는 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)로부터 출력된 제1 위상차 검출 신호와, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)로부터 출력된 제2 위상차 검출 신호를 이용하여 위상차 AF를 수행하고, 제2 초점 거리 영역(FL2)에서는 제3 위상차 검출용 서브 화소(sl2)로부터 출력된 제3 위상차 검출 신호와, 제4 위상차 검출용 서브 화소(sr2)로부터 출력된 제4 위상차 검출 신호를 이용하여 위상차 AF를 수행할 수 있다. 여기서 제2 초점 거리 영역(FL2)은 제1 초점 거리 영역(FL1)에 비해 짧은 초점 거리들을 포함하는 초점 거리 영역이다.
제1 초점 거리 영역(FL1)에서는 광각이 작기 때문에, 제한된 수광 영역이 제1 방향 또는 제2 방향으로 많이 편향된 제3 위상차 검출용 서브 화소(sl2)와 제4 위상차 검출용 서브 화소(sr2)로부터 출력된 제3 및 제4 위상차 검출 신호는 위상차 AF를 하기에는 그 신호 세기가 작을 수 있지만, 제한된 수광 영역이 제1 방향 또는 제2 방향으로 상대적으로 적게 편향된 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)와 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)로부터 출력된 제1 및 제2 위상차 검출 신호는 위상차 AF를 수행할만한 소정의 크기 이상의 세기를 가질 수 있다. 반면에, 제2 초점 거리 영역(FL2)에서는 광각이 크기 때문에, 제한된 수광 영역이 제1 방향 또는 제2 방향으로 상대적으로 적게 편향된 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)와 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)로부터 출력된 제1 및 제2 위상차 검출 신호는 위상차 AF를 하기에는 그 신호 세기가 작을 수 있지만, 제한된 수광 영역이 제1 방향 또는 제2 방향으로 많이 편향된 제3 위상차 검출용 서브 화소(sl2)와 제4 위상차 검출용 서브 화소(sr2)로부터 출력된 제3 및 제4 위상차 검출 신호는 위상차 AF를 수행할만한 소정의 크기 이상의 세기를 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 초점 거리 영역(FL1)에서는 제1 및 제2 위상차 검출 신호를 이용하여 위상차 AF를 수행하고, 제2 초점 거리 영역(FL2)에서는 제3 및 제4 위상차 검출 신호를 이용하여 위상차 AF를 수행한다. 이러한 구성으로 인해, 본 실시예는 렌즈(111) 구동 범위 내의 전 초점 거리 영역에 대해 고성능의 위상차 AF가 가능한 효과가 있다. 제1 초점 거리 영역(FL1)과 제2 초점 거리 영역(FL2)은 소정의 문턱 값을 경계로 연속적으로 정의되거나, 소정의 초점 거리 영역에서 서로 중복되도록 정의될 수 있다.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 12b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl, sl, st, 및 sb)의 수광 영역을 나타내며, 도 12c는 사출 동공을 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1, 제2, 제5, 및 제6 위상차 검출용 서브 화소(sl, sr, st, 및 sb) 중 어느 하나와 복수의 수광 서브 화소들(R, G, 및 B)을 포함하는 복수의 화소들이 도 12a에 도시된 바와 같이 촬상 소자(118)에 배치된다. 여기서 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)를 포함하는 화소는 제1 그룹 화소(G1)로 지칭하고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)를 포함하는 화소는 제2 그룹 화소(G2)로 지칭하고, 제5 위상차 검출용 서브 화소(st)를 포함하는 화소는 제5 그룹 화소(G5)로 지칭하고, 제6 위상차 검출용 서브 화소(sb)를 포함하는 화소는 제6 그룹 화소(G6)로 지칭한다.
도 12b에 도시된 바와 같이 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)는 제1 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(212)을 갖고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)는 제2 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(214)을 갖는다. 제5 위상차 검출용 서브 화소(st)는 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(1202)을 갖는다. 제6 위상차 검출용 서브 화소(sb)는 상기 열 방향을 따라 정의되고 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향된 제한된 수광 영역(1204)을 갖는다. 제1 및 제2 위상차 검출용 서브 화소(sl 및 sr)의 제한된 수광 영역(212 및 214)은 열 방향으로 연장된 모양을 갖는다. 제5 위상차 검출용 서브 화소(st) 및 제6 위상차 검출용 서브 화소(sb)의 제한된 수광 영역(1202 및 1204)은 행 방향을 따라 연장된 모양을 갖는다.
한편 도 12a에 도시된 바와 같이, 제1 그룹 화소들(G1) 및 제2 그룹 화소들(G2)은 제1 영역(A1)에 배치되고, 제5 그룹 화소들(G5) 및 제6 그룹 화소들(G6)들은 제2 영역(A2)에 배치된다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 도 12a에 도시된 바와 같이 서로 번갈아가며 배치될 수 있다.
제1 영역(A1) 내에서, 제1 그룹 화소들(G1)이 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 제2 그룹 화소들(G2)이 연속적으로 배치되며, 제1 그룹 화소들(G1)의 행과 제2 그룹 화소들(G2)의 행은 열 방향으로 번갈아가며 배치된다. 제2 영역(A2) 내에서, 제5 그룹 화소들(G5)이 열 방향으로 연속적으로 배치되고, 제6 그룹 화소들(G6)이 열 방향으로 연속적으로 배치되며, 제5 그룹 화소들(G5)의 열과 제6 그룹 화소들(G6)의 열은 행 방향으로 번갈아가며 배치된다.
제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 배치는 도 12a에 도시된 예로 한정되지 않으며, 다양한 실시예가 가능하다. 또한 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 폭은 도 12a에 도시된 것보다 넓을 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 각각 4개의 열의 복수의 화소들을 포함하고, 서로 번갈아가며 배치될 수 있다. 또한 일례로서, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 바둑판무늬를 이루도록 배치될 수 있다.
이러한 제한된 수광 영역들(212, 214, 1202, 및 1204)에 의해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 소자(118)는 도 12c에 도시된 바와 같은 사출 동공을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예는 수광 서브 화소의 사출 동공을 통해 입사된 광학 신호로부터 촬상 신호를 생성하고, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl)의 사출 동공, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr)의 사출 동공, 제5 위상차 검출용 서브 화소(st)의 사출 동공, 및 제6 위상차 검출용 서브 화소(sb)의 사출 동공으로부터 입사된 광학 신호로부터 위상차 AF를 수행한다.
이러한 경우, 광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 촬상 소자(118)의 영역에서 제6 위상차 검출용 서브 화소(sb)들로부터 출력된 제6 위상차 검출 신호가 소정의 임계치 이상으로 검출되고, 제5 위상차 검출용 서브 화소(st)들로부터 출력된 제5 위상차 검출 신호가 소정의 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단한다. 또한, 광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 촬상 소자(118)의 영역에서, 제5 위상차 검출 신호가 소정의 임계치 이상으로 검출되고, 제6 위상차 검출 신호가 소정의 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단한다.
본 실시예에 따르면, 사출 동공이 행 방향으로 편향된 제1 및 제2 위상차 검출용 서브 화소(sl 및 sr)의 사출 동공과, 열 방향으로 편향된 제5 및 제6 위상차 검출용 서브 화소(st 및 sb)의 사출 동공의 조합을 가져, 입력되는 광학 신호의 특성상 행 방향에서 위상차 특성이 검출되지 않는 경우 또는 열 방향에서 위상차 특성이 검출되지 않는 경우에 대해서도, 우수의 성능의 위상차 AF를 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 13a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 화소들의 배치를 나타내고, 도 13b는 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sr1, sl2, sr2, sl3, 및 sr3)의 수광 영역을 나타내며, 도 13c는 촬상 소자(118)의 위치에 따른 위상차 검출용 서브 화소들(sl1, sr1, sl2, sr2, sl3, 및 sr3)의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1, sl2, 및 sl3)와 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1, sr2, 및 sr3) 중 어느 하나와 복수의 수광 서브 화소들(R, G, 및 B)을 포함하는 복수의 화소들이 도 13a에 도시된 바와 같이 촬상 소자(118)에 배치된다. 여기서 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1, sl2, 또는 sl3)를 포함하는 화소는 제1 그룹 화소(G1)로 지칭하고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1, sr2, 또는 sr3)를 포함하는 화소는 제2 그룹 화소(G2)로 지칭한다.
본 실시예에 따르면 촬상 소자(118)에서의 위치에 따라 제1 및 제2 위상차 검출용 서브 화소(sl1, sl2, sr1, sr2, sl3, 및 sr3)의 제한된 수광 영역의 편향 정도가 달라진다. 도 13c에 도시된 바와 같이, 촬상 소자(118)의 중심부에 해당하는 A 지점, 광축으로부터 제1 방향의 B 지점, 및 광축으로부터 제2 방향의 C 지점에서 각각 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1, sl2, 및 sl3)의 제한된 수광 영역의 배치가 달라지고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1, sr2, 및 sr3)의 제한된 수광 영역의 배치가 달라진다.
촬상 소자(118)의 중심으로부터 제1 방향에 위치한 B 지점에서는 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl2)의 제한된 수광 영역(212b)은 해당 서브 화소의 중심에 위치하거나 상대적으로 적게 제1 방향으로 편향되고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr2)의 제한된 수광 영역(214b)은 제2 방향으로 편향되어 배치된다. 일예로서 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr2)의 제한된 수광 영역(214b)은 촬상 소자(118)의 중심부로부터 제1 방향으로 갈수록 제2 방향으로 더 편향되어 배치될 수 있다.
촬상 소자(118)의 중심으로부터 제2 방향에 위치한 C 지점에서는 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl3)의 제한된 수광 영역(212c)은 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr3)의 제한된 수광 영역(214b)은 해당 서브 화소의 중심에 위치하거나 상대적으로 적게 제2 방향으로 편향되어 배치된다. 일예로서 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl3)의 제한된 수광 영역(212c)은 촬상 소자(118)의 중심부로부터 제2 방향으로 갈수록 제1 방향으로 더 편향되어 배치될 수 있다.
촬상 소자(118)의 중심부에 위치한 A 지점에서는, 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)의 제한된 수광 영역(212a)이 제1 방향으로 편향되어 배치되고, 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr2)의 제한된 수광 영역(214a)이 제2 방향으로 편향되어 배치된다. 이때 A 지점에서의 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl1)의 제한된 수광 영역(212a)은 C 지점에서의 제1 위상차 검출용 서브 화소(sl3)보다 적게 제1 방향으로 편향되어 배치되고, A 지점에서의 제2 위상차 검출용 서브 화소(sr1)의 제한된 수광 영역(214a)은 B 지점에서의 제2 위상차 검출용 서브 화소(sl2)보다 적게 제2 방향으로 편향되어 배치된다.
본 실시예에 따르면, 촬상 소자(118)의 각 영역에서의 광학 신호의 입사 특성에 맞게 위상차 검출용 서브 화소의 제한된 수광 영역을 배치하여, 위상차 AF의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 13a 내지 도 13c의 실시예는 도 12a 내지 도 12c의 제5 그룹 화소(G5)들 및 제6 그룹 화소(G6)들에도 적용될 수 있다. 즉, 제5 그룹 화소((G5)들의 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 제3 방향 쪽의 촬상 소자(118)의 영역에서는 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 제4 방향의 촬상 소자(118)의 영역에서는 제3 방향 쪽으로 편향되어 배치되고, 제6 그룹 화소((G6)들의 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 제4 방향 쪽의 촬상 소자(118)의 영역에서는 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 제3 방향의 촬상 소자(118)의 영역에서는 제4 방향 쪽으로 편향되어 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 상술한 오토 포커싱 방법은 컴퓨터 판독가능 저장매체에 컴퓨터 판독가능 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터 판독가능 저장매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터 판독가능 저장매체의 예로는 플래시 메모리 등이 있다.
본 발명에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다.
소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 본 발명의 방법들은 상기 프로세서 상에서 실행 가능한 컴퓨터 판독가능 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터 판독가능 저장매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 저장매체로 마그네틱 저장 매체 등이 있다. 상기 컴퓨터 판독가능 저장매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 상기 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 상기 플래시 메모리에 저장되고, 상기 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적으로 및 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 본 발명에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 본 발명에 병합될 수 있다.
본 발명의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 상기 실시예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 상기 특정 용어에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 집적회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "메커니즘", "요소", "수단", "구성" 등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (24)

  1. 복수의 화소들을 포함하는 촬상 소자에 있어서,
    입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하며,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치된, 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제1 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행들과 상기 제2 그룹 화소들의 행들은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치되는, 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제3 그룹 화소들과 제4 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제3 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제1 방향으로 더 편향되어 배치되고,
    상기 제4 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제2 방향으로 더 편향되어 배치되며,
    상기 제3 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제4 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행, 상기 제2 그룹 화소들의 행, 상기 제3 그룹 화소들의 행, 및 상기 제4 그룹 화소들의 행은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치되는, 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치되는, 촬상 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 촬상 소자는 상기 제1 그룹 화소들 및 상기 제2 그룹 화소들이 배치되는 복수의 제1 영역들과, 상기 제5 그룹 화소들과 상기 제6 그룹 화소들이 배치되는 복수의 제2 영역들을 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들은 상기 제1 영역 내에서 상기 행 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 상기 제1 영역 내에서 상기 행 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제1 그룹 화소들의 행과 상기 제2 그룹 화소들의 행은 상기 제1 영역 내에서 열 방향으로 서로 번갈아가며 배치되며,
    상기 제5 그룹 화소들은 상기 제2 영역들 내에서 상기 열 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제6 그룹 화소들은 상기 제2 영역들 내에서 상기 열 방향을 따라 연속적으로 배치되고, 상기 제5 그룹 화소들의 열과 상기 제6 그룹 화소들의 열은 상기 제2 영역 내에서 상기 행 방향으로 서로 번갈아가며 배치되는, 촬상 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제1 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제2 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제1 방향 쪽으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제2 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제1 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제2 방향 쪽으로 편향되어 배치되는, 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되거나, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치된, 촬상 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제1 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제2 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제1 방향 쪽으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제2 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제1 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제2 방향 쪽으로 편향되어 배치되고,
    상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제3 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제4 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제3 방향 쪽으로 편향되어 배치되고,
    상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 광축으로부터 상기 제4 방향 쪽의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 위상차 검출용 서브 화소의 중심에 배치되고, 광축에서 상기 제3 방향의 상기 촬상 소자의 영역에서는 상기 제4 방향 쪽으로 편향되어 배치되는, 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 수광 서브 화소들은, 상기 위상차 검출용 서브 화소들보다 그 크기가 크고 해당 수광 서브 화소의 중심에 위치한 수광 영역을 갖는, 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 수광 서브 화소들과, 상기 제한된 수광 영역들은 각각,
    입사광을 광전 변환하는 포토다이오드 층;
    소정의 개구를 구비하여 상기 수광 영역을 정의하고, 상기 포토다이오드 층상에 형성된 마스크 층; 및
    입사광을 집광하고, 상기 마스크 층상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는, 촬상 소자.
  11. 피사계로부터 입사된 빛을 집광하는 광학계;
    상기 광학계를 통해 입사된 빛을 광전 변화하고, 복수의 화소들을 포함하는 촬상 소자; 및
    상기 촬상 소자로부터 생성된 위상차 검출 신호로부터 합초 여부를 판단하는 위상차 AF(auto-focusing) 처리부를 포함하고, 상기 촬상 소자는,
    입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 위상차 검출용 서브 화소는 상기 위상차 검출 신호를 생성하여 출력하며,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치된, 디지털 촬영 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위상차 AF 처리부는, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호의 세기를 화소 위치에 따라 판독하여, 합초 여부와, 합초 상태가 되기 위한 렌즈의 이동 방향을 판별하는, 디지털 촬영 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제1 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행들과 상기 제2 그룹 화소들의 행들은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치되고,
    상기 위상차 AF 처리부는, 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 영역에서 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호와, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하고, 상기 임계치 미만으로 검출된 경우,
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하고,
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단하는, 디지털 촬영 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제3 그룹 화소들과 제4 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제3 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제1 방향으로 더 편향되어 배치되고,
    상기 제4 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제2 방향으로 더 편향되어 배치되며,
    상기 위상차 AF 처리부는, 상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 제1 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하고, 상기 제3 그룹 화소들과 상기 제4 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 상기 제1 초점 거리 영역보다 짧은 초점 거리 영역인 제2 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하는, 디지털 촬영 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 위상차 AF 처리부는, 광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 중심 영역에서 상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하고, 상기 임계치 미만으로 검출된 경우,
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하고,
    광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하고,
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되며, 후핀 상태로 판단하고,
    광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단하는, 디지털 촬영 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 디지털 촬영 장치는, 상기 복수의 수광 서브 화소들과 상기 위상차 검출용 서브 화소들에 대해 보간을 수행하는 보간부를 더 포함하고,
    상기 복수의 수광 서브 화소들은 서로 다른 색상 성분을 갖는 수광 서브 화소들로 이루어지고,
    상기 보간부는, 같은 색상을 갖는 수광 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하고, 상기 위상차 초점 검출용 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하는, 디지털 촬영 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 수광 서브 화소들로부터 생성된 촬상 신호로부터 콘트라스트 정보를 추출하고, 합초 여부를 판단하는 콘트라스트 AF 처리부; 및
    상기 위상차 AF 처리부와 상기 콘트라스트 AF 처리부의 합초 여부 판단 결과에 따라 상기 광학계에 포함된 렌즈를 구동하는 렌즈 구동부를 더 포함하는, 디지털 촬영 장치.
  18. 촬상 소자를 포함하는 디지털 촬영 장치의 오토 포커싱 방법에 있어서,
    입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 위상차 검출용 서브 화소는 상기 위상차 검출 신호를 생성하여 출력하며,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 오토 포커싱 방법은,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호의 세기를 화소 위치에 따라 판독하여, 합초 여부를 판별하는 단계; 및
    합초 상태가 아닌 경우, 전핀 상태 또는 후핀 상태인지 여부를 판별하는 단계를 포함하는, 오토 포커싱 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제1 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되고, 상기 제2 그룹 화소들은 행 방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 제1 그룹 화소들의 행들과 상기 제2 그룹 화소들의 행들은 열 방향으로 서로 번갈아서 배치되고, 상기 오토 포커싱 방법은,
    광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 영역에서 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호와, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하는 단계;
    광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호와, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출된 경우,
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하는 단계; 및
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단하는 단계를 더 포함하는, 오토 포커싱 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제3 그룹 화소들과 제4 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제3 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제1 방향으로 더 편향되어 배치되고,
    상기 제4 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역보다, 상기 제2 방향으로 더 편향되어 배치되며, 상기 오토 포커싱 방법은,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 제1 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제3 그룹 화소들과 상기 제4 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호를 상기 제1 초점 거리 영역보다 짧은 초점 거리 영역인 제2 초점 거리 영역에서 이용하여 합초 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는, 오토 포커싱 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제5 그룹 화소들과 제6 그룹 화소들을 더 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 행 방향을 따라 정의된 제1 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제2 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제5 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 행 방향과 수직인 열 방향을 따라 정의된 제3 방향으로 편향되어 배치되고,
    상기 제6 그룹 화소들의 상기 제한된 수광 영역은, 상기 제3 방향과 반대인 제4 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 오토 포커싱 단계는,
    광축에 대응하는 상기 촬상 소자의 중심 영역에서 상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 임계치 이상으로 검출되면 합초 상태로 판단하는 단계;
    상기 제1, 제2, 제5, 및 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 위상차 상기 임계치 미만으로 검출된 경우,
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하는 단계;
    광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 전핀 상태로 판단하는 단계;
    광축으로부터 상기 제1 방향에 위치한 영역에서, 상기 제1 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되며, 후핀 상태로 판단하는 단계; 및
    광축으로부터 상기 제3 방향에 위치한 영역에서, 상기 제5 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 이상으로 검출되고, 상기 제6 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호가 상기 임계치 미만으로 검출되면, 후핀 상태로 판단하는 단계를 더 포함하는 오토 포커싱 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 수광 서브 화소들은 서로 다른 색상 성분을 갖는 수광 서브 화소들로 이루어지고, 상기 오토 포커싱 방법은,
    같은 색상을 갖는 수광 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하는 단계; 및
    상기 위상차 초점 검출용 서브 화소들에 대해서 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 동일한 패턴의 주변 화소들을 이용하여 보간을 수행하는 단계를 더 포함하는, 오토 포커싱 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 수광 서브 화소들로부터 생성된 촬상 신호로부터 콘트라스트 정보를 추출하고, 합초 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 위상차 검출 신호에 따른 합초 여부 판단 결과와, 상기 콘트라스트 정보에 따른 합초 여부 판단 결과에 따라, 렌즈를 구동하는 단계를 더 포함하는, 오토 포커싱 방법.
  24. 촬상 소자를 포함하는 디지털 촬영 장치의 오토 포커싱 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장매체에 있어서,
    입사광으로부터 촬상 신호를 생성하는 복수의 수광 서브 화소들과, 제한된 수광 영역을 갖는 위상차 검출용 서브 화소를 각각 포함하는 상기 복수의 화소들이 상기 촬상 소자의 전 영역에 걸쳐서 배치되고, 상기 위상차 검출용 서브 화소는 상기 위상차 검출 신호를 생성하여 출력하며,
    상기 복수의 화소들은 상기 위상차 검출용 서브 화소의 상기 제한된 수광 영역의 배치에 따라 구분된 제1 그룹 화소들과 제2 그룹 화소들을 포함하고,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출용 서브 화소들의 상기 제한된 수광 영역은 서로 반대 방향으로 편향되어 배치되고, 상기 오토 포커싱 방법은,
    상기 제1 그룹 화소들과 상기 제2 그룹 화소들의 상기 위상차 검출 신호의 세기를 화소 위치에 따라 판독하여, 합초 여부를 판별하는 단계; 및
    합초 상태가 아닌 경우, 전핀 상태 또는 후핀 상태인지 여부를 판별하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 저장매체.
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