KR20120129766A - 촬상소자, 그것을 구비한 촬상장치 및 카메라 시스템 - Google Patents

촬상소자, 그것을 구비한 촬상장치 및 카메라 시스템 Download PDF

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KR20120129766A
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Abstract

촬상소자는, 촬영 렌즈로부터의 광을 광전변환해서 피사체의 화상을 생성하는 촬영용 화소와, 상기 촬영 렌즈의 사출 동공의 일부의 영역을 통과하는 광을 수광하는 제1 초점검출용 화소 및 제2 초점검출용 화소를 구비하고, 상기 제1 초점검출용 화소의 전극부와 상기 제2 초점검출용 화소의 전극부는, 상기 제1 초점검출용 화소와 상기 제2 초점검출용 화소의 사출 동공방향으로 서로 반대인 광전변환부의 단부에 배치된다.

Description

촬상소자, 그것을 구비한 촬상장치 및 카메라 시스템{IMAGE-PICKUP ELEMENT, AND IMAGE-PICKUP APPARATUS AND CAMERA SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은, 촬영 렌즈의 초점상태를 검출 가능한 촬상소자, 그것을 구비한 촬상장치 및 카메라 시스템에 관한 것이다.
종래, 촬상장치인 디지털 카메라에 이용된 일부의 초점검출 방식에는, 비디오카메라 혹은 콤팩트카메라에 이용된 콘트라스트 검출 방식, 일안 레플렉스 카메라에 이용된 위상차 검출 방식등이 있다.
일안 레플렉스 카메라에서는, 촬영자가 촬영 렌즈를 통해 피사체를 관찰하기 위해서 피사체광을 파인더 광학계에 인도하기 위한 플립 업(flip-up) 미러를 갖고 있다. 이 플립 업 미러는 일부의 광을 투과하는 반투명 미러로 구성되고, 플립 업 미러를 통과한 광은 위상차 방식의 초점검출장치에 인도되어, 촬영 렌즈의 초점검출을 행하도록 한다. 초점검출장치는, 촬영 렌즈의 다른 동공영역을 통과하는 광속을 재결상 하는 1군의 렌즈와 1군의 이미지센서로 구성되어 있다. 메모리를 사용하여 촬영을 행하는 경우에는, 플립 업 미러는 촬영 광로로부터 대피한다. 그 때문에, 필름이나 촬상소자 등의 메모리를 사용하여 촬영을 실행하는 동안은, 종래의 위상차 검출 방식의 초점검출을 행할 수는 없다.
촬상소자를 메모리로서 구비한 카메라에 있어서 동화상을 관찰하거나 기록하는 경우, 콘트라스트 검출 방식의 초점조절 방법을 사용하는 것이 일반적이다. 콘트라스트 검출 방식의 초점조절 방법은, 촬영 렌즈의 포커스 렌즈를 광축방향으로 이동하면서 촬상소자로 촬상된 화상의 고주파 성분을 추출하고, 콘트라스트가 피크가 되는 렌즈 위치를 검출해서 초점조절을 행한다. 이 초점조절 방법에서는, 포커스 렌즈를 움직이면서 화상의 콘트라스트를 비교하기 때문에, 고속으로 초점조절을 행할 수 없다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 출원인은, ＣＭＯＳ형 촬상소자를 구성하는 일부의 초점검출용 화소의 광전변환 영역을 제한함에 의해, 수광 가능한 촬영 렌즈의 동공영역을 제한해서 위상차 방식의 초점검출을 행하는 카메라를 일본국 공개특허공보 특개 2010-117679호에 개시하고 있다. 이 일본국 공개특허공보 특개 2010-117679호에서는, 초점검출용 화소의 일부를 구성하는 마이크로렌즈는, 촬영 렌즈의 동공과 배선 전극이 공역관계로 되도록 구성되어 있다. 그 결과, 광전변환부에 입사하는 광속을 배선 전극으로 차광함에 의해, 수광 가능한 촬영 렌즈의 동공영역을 제한하고 있다.
그렇지만, 촬상소자를 구성하는 마이크로렌즈는, 촬영 렌즈의 동공과 광전변환부도 대략 공역관계로 되도록 구성되는 것이 요구된다. 그 때문에, 본 출원인은 광전변환부로부터 떨어진 위치에 설치된 배선 전극으로 차광하는 대신에, 광전변환부 위에 차광부를 설치함으로써, 수광 가능한 촬영 렌즈의 동공영역을 제한하는 촬상소자를 일본국 공개특허공보 특개 2009-244854호에 개시하고 있다. 차광부에는, 텅스텐 등의 금속재료를 사용한다.
ＣＭＯＳ형 촬상소자의 광전변환부상의 일부 영역에는 전송 전극이 폴리실리콘으로 형성되어 있다. 전송 전극인 폴리실리콘 위를 차광부인 텅스텐으로 덮는 경우, 센서 높이가 높아져, ＣＭＯＳ형 촬상소자의 수광효율(수광각도 특성 또는 Ｆｎｏ비례성)을 저하시켜버린다.
이러한 문제에 대하여, 마이크로렌즈로부터 광전변환부까지의 거리를 짧게 하기 위해서(즉, 센서 높이를 낮게 하기 위해서)는, 초점검출용 화소에 형성된 차광부는 전송 전극과 중첩하지 않도록 유사한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명자는, 차광부가 전송 전극과 광축방향으로 중첩하지 않도록, 차광부와 전송 전극을 광전변환부상에 있어서 광축방향에 직교하는 방향으로 배열하는 구성을 고안했다. 이 경우, 차광부와 전송 전극을 광축방향으로 서로 중첩되지 않도록 배치할 수 있고, 마이크로렌즈로부터 광전변환부까지의 거리를 짧게 할 수 있어서, ＣＭＯＳ형 촬상소자의 수광효율을 상승시킬 수 있다.
그렇지만, 이 경우, 전송 전극을 구성하는 폴리실리콘은 차광부를 구성하는 텅스텐에 덮여 있지 않고, 촬영 렌즈를 통과한 광에 노출된다. 전송 전극을 구성하는 폴리실리콘의 분광 투과 특성은, 파장이 짧은 청색측에서는 거의 투과하지 않지만, 적색측으로 파장이 길어져 근접할수록 투과율이 상승하는 특성을 나타낸다. 그 때문에, 이 경우는, 차광부에 의해 형성된 개구와 전송 전극과의 위치 관계에 따라서는, 전송 전극을 투과하는 광의 영향 때문에, 정밀도가 높은 초점검출을 행할 수 없다고 하는 단점을 가졌다.
본 발명에서는, ＣＭＯＳ형 촬상소자의 수광효율을 확보하면서, 전송 전극의 광의 투과로 인한 영향을 감소시켜서 정밀도가 높은 초점검출이 가능한 촬상소자와, 그것을 구비한 촬상장치 및 카메라 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 국면으로서의 촬상소자는, 촬영 렌즈로부터의 광을 광전변환해서 피사체의 화상을 생성하는 촬영용 화소와, 상기 촬영 렌즈의 사출 동공의 일부의 영역을 통과하는 광을 수광하는 제1 초점검출용 화소 및 제2 초점검출용 화소를 구비하고, 상기 제1 초점검출용 화소 및 상기 제2 초점검출용 화소 각각은, 광전변환부와, 상기 광전변환부의 적어도 일부의 영역을 덮도록 상기 광전변환부의 단부에 배치된 전극부와, 개구를 갖고 상기 광전변환부의 상기 적어도 일부의 영역과는 다른 영역을 덮는 차광부를 갖고, 상기 제1 초점검출용 화소의 전극부와 상기 제2 초점검출용 화소의 전극부는, 상기 제1 초점검출용 화소와 상기 제2 초점검출용 화소의 동공분할 방향으로 서로 반대인 상기 광전변환부의 단부에 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징들 및 국면들은, 첨부도면을 참조하여 아래의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 광학장치(카메라 시스템)의 구성도다.
도 2는 본 발명의 촬상소자의 일부 평면도다.
도 3은 본 발명의 촬상소자의 일부 단면도다.
도 4a-4e는 본 발명의 촬상소자의 제조 프로세스 설명도다.
도 5a-5f는 본 발명의 촬상소자에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다.
도 6a-6d는 도 5a-5f의 수광분포의 사영(projection) 설명도다.
도 7은 본 발명의 광학장치의 전기회로 블록도다.
도 8a-8b는 본 발명의 광학장치의 촬영 동작의 흐름도다.
도 9a-9f는 본 발명의 광학장치가 갖는 촬영 렌즈의 조리개가 좁혀진 상태에서의 촬상소자에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다.
도 10a-10b는 도 9a-9f의 수광분포의 사영 설명도다.
도 11은 본 발명의 촬상소자의 일부 평면도다(도 2의 변형 예).
이하, 본 발명의 예시적 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예]
도 1?도 10b는 본 발명의 실시예를 나타내고, 도 1은 본 발명의 촬상소자를 가진 광학장치인 디지털 카메라의 구성도, 도 2는 본 발명의 촬상소자의 일부 평면도, 도 3은 본 발명의 촬상소자의 일부 단면도, 도 4a-4e는 본 발명의 촬상소자의 제조 프로세스 설명도다. 도 5a-5f는 본 발명의 촬상소자에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도, 도 6a-6d는 도 5a-5f의 수광분포의 사영 설명도, 도 7은 본 발명의 카메라의 전기회로 블록도, 도 8a-8b는 본 발명의 카메라 동작의 흐름도다. 도 9a-9f는 본 발명의 광학장치에 구비된 촬영 렌즈의 조리개가 좁혀진 상태에서의 촬상소자에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도, 도 10a-10b는 도 9a-9f의 수광분포의 사영 설명도다.
도 1은, 본 발명의 디지털 카메라(카메라 시스템)로서, 카메라 본체(100)에 대하여 카메라측 마운트(111)와 렌즈측 마운트(201)를 거쳐, 촬영 렌즈(교환 가능 렌즈)(200)가 착탈 가능한 일안 레플렉스 디지털 카메라를 나타낸다.
촬영 렌즈(200)는 복수의 렌즈 군(예를 들면, 렌즈 203)과 조리개(204)로 구성되어 있고, 촬영 렌즈(200)를 투과한 피사체광은, 카메라(100)의 플립 업 미러(101)에서 반사해서 초점면(102) 근방에 수렴한다. 한층 더, 초점면(102)에서 확산 투과한 피사체광은, 펜타 루프 프리즘(103) 및 접안 렌즈(104)를 통하여, (도면에 나타내지 않은) 촬영자의 눈에 이끌어진다.
플립 업 미러(101)는 반투명 미러이고, 플립 업 미러(101)를 투과한 일부의 피사체광은 서브 미러(105)에서 반사해서 초점검출장치(106)에 이끌어진다. 초점검출장치(106)는, 촬영 렌즈(200)의 다른 동공영역을 투과하는 광에 의해 생성된 화상에 의거하여 촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하는 공지의 구성을 갖는다.
촬영 렌즈(200)의 예정 결상면에는 촬상소자(이미지 센서, ＣＭＯＳ형 촬상소자)(108)가 배치되어 있다.
본 발명의 카메라는 동화상을 촬영할 수 있고, 동화상 촬영시에는 플립 업 미러(101) 및 서브 미러(105)가 촬영 광로로부터 대피하고, 셔터(107)가 개구 상태로 설정된다. 이때, 촬상소자(108)로 촬영된 화상은, 액정표시 소자(109)로 시인 가능하다.
다음에, 촬상소자(108)의 구성에 관하여 설명한다.
도 2는 촬상소자(108)의 일부 평면도이고, 도 3은 촬상소자(108)의 일부 단면도다.
도 3은, 도 2의 촬상소자(108)의 일부 평면도에 나타낸 Ａ-A'면의 단면도다.
촬상소자(108)에서, 실리콘 기판(310)의 내부에 광전변환부(312)가 형성되어 있다. 광전변환부(312)에서 발생한 신호 전하는, 광전변환부(312)의 적어도 일부의 영역을 덮도록 광전변환부(312)의 단부에 형성된 전송 전극(전극부)(330)에 의해 (도면에 나타내지 않은) 플로팅 디퓨전부에 전송된다. 전송 전극(330)은 보통 폴리실리콘으로 형성되어 있다. 게다가, 도 2의 좌측에 화소의 광전변환부(312) 위에는 입사하는 광을 제한하기 위한 차광부 360_1, 360_2(이하, 한 쌍의 차광부를 일괄적으로 "차광부 360"라고도 한다.)가 형성되어 있다. 차광부 360_1, 360_2는 텅스텐으로 형성되고, 차광부 360_2는 전송 전극(330)과는 겹치지 않도록 형성되어 있다. 즉, 본 발명의 차광부(360)는, 전송 전극(330)을 피하도록, 전송 전극(330)이 덮는 광전변환부의 적어도 일부의 영역과는 다른 영역을 덮고 있다. 바꾸어 말하면, 차광부(360)는, 광전변환부(312) 위에 전송 전극(330)과 광축방향에 직교하는 방향을 따라 배열되고, 광축방향으로 전송 전극(330)과 중첩되지 않도록 배치되어 있다. 또한, 차광부 360_0은 미광(stray light) 방지를 위해 각 화소의 주변부에 형성되어 있다.
플로팅 디퓨전부에 전송된 신호 전하는 전극 331 및 전극 332를 통해 외부에 출력된다. 광전변환부(312)와 전극 331과의 사이에는 층간 절연막(321)이 형성되지만, 차광부 360_2는 전송 전극(330)과는 겹치지 않도록 형성되고, 또 차광부 360과 전송 전극(330)은 대략 같은 두께이기 때문에, 층간 절연막(321)의 두께는 증가하지 않는다. 그 결과, 촬상소자(108)의 수광효율(특히, 입사각 특성)의 저하를 방지하고 있다.
전극 331과 전극 332와의 사이에는 층간 절연막(322)이 형성되어 있다. 한층 더, 전극 332와 전극 333과의 사이에는 층간 절연막(323)이 형성되어 있다.
전극 333의 광입사측에는 층간 절연막(324)이 형성되고, 추가로, 패시베이션막(340)과 평탄화층(350)이 형성되어 있다. 평탄화층(350)의 광입사측에는, 컬러필터층 351_1, 351_2(이하, 일괄적으로 컬러필터층 351이라고도 한다.), 평탄화층(352) 및 마이크로렌즈(353)가 형성되어 있다. 마이크로렌즈(353)의 파워는, 촬영 렌즈(200)의 동공과 광전변환부(312)가 대략 공역이 되도록 설정되어 있다.
본 실시예에서는, 촬상소자(108)의 중앙에 위치하는 화소의 단면도를 나타내고 있고, 마이크로렌즈(353)는 화소의 대략 중심에 배치되어 있다.
촬영 렌즈(200)를 투과한 피사체광은, 카메라(100)의 예정 결상면에 배치된 촬상소자(108) 근방에 집광한다. 촬상소자(108)의 각 화소에 도달한 광은, 마이크로렌즈(353)로 굴절되어 광전변환부(312)에 집광한다. 촬상소자(108)의 광축방향에 적층된 각 전극 331, 332, 333은, 입사하는 광을 가능한 한 차광하지 않도록 배치되어 있다.
도 3의 우측의 화소는 일반적으로 촬영시에 사용된 촬영용 화소이고, 촬영 렌즈(200)의 전체 동공영역으로부터 수광하도록 구성되어 있다.
한편, 도 3의 좌측의 화소는 촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출할 때에 사용된 초점검출용 화소다. 이 초점검출용 화소는, 촬영 렌즈(200)의 사출 동공의 일부의 영역을 통과한 광을 수광한다. 도 3의 좌측의 화소의 광전변환부(312) 위에는 차광부 360_1, 360_2가 형성되어서, 촬영 렌즈(200)의 동공의 일부를 투과하는 광속을 수광한다. 초점검출용 화소에서는 수광효율을 향상시키도록, 무색이고 광을 흡수하지 않는 컬러필터 351_1은 형성되어 있다.
다음에, 촬상소자(108)의 화소 배치를 도 2의 평면도로 설명한다.
촬상소자(108)를 구성하는 각 화소의 주변에는, 미광방지용의 차광부 360_0이 배치되어 있다. 게다가, 각 화소에 기재된 "Ｒ", "G", "B"의 문자는 컬러필터의 색상을 의미하고 있다. "R"의 문자가 기재된 화소는 적색 성분의 광을 투과하고, "G"의 문자가 기재된 화소는 녹색의 성분의 광을 투과하고, "B"의 문자가 기재된 화소는 청색 성분의 광을 투과한다.
컬러필터의 배열이 베이어(Bayer) 배열일 경우, 1회소(picture element)는 "R", "B"의 화소와 2개의 "Ｇ"의 화소로 구성되지만, 본 발명의 촬상소자(108)에서 "G"에 해당하는 화소의 일부에, 촬영 렌즈(200)의 초점검출이 가능한 초점검출용 화소가 할당되어 있다.
도 2에서, Pα1, Pβ1, Pα2, Pβ2, Pα3, Pβ3 각각은, 촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하기 위한 화소의 차광부(360)의 개구를 나타내고, 도 2의 y방향을 장축으로 하는 사각형 형상으로 되어 있다. 본 실시예에서는, 차광부(360)의 개구의 긴 방향(도 2의 y방향)과 직교하는 방향(소위, "상관 연산 방향" 또는 "동공분할 방향")으로 변위된 위치에 전송 전극330_o, 330_ｅ(이하, 일괄적으로 "전송 전극(330)"이라고도 한다)이 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 전송 전극 330_o와 전송 전극 330_e는, 초점검출용 화소의 동공분할 방향으로 서로 반대인 광전변환부(312)의 단부에 배치된다.
이때, 전송 전극 330_o와 전송 전극 330_e는, 초점검출용 화소의 중심에 대한 차광부(360)의 개구의 위치에 대응하게 그들의 위치가 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 전송 전극 330_o는, 초점검출용 화소의 중심에 대하여 차광부의 개구(예를 들면, Pα1)가 배치되는 측과는 반대측의 광전변환부(312)의 단부에 배치된다. 또한, 전송 전극 330_e는, 초점검출용 화소의 중심에 대하여 차광부의 개구(예를 들면, Pβ1)가 배치되는 측과는 반대측의 광전변환부(312)의 단부에 배치된다. 본 실시예에서는, 전송 전극 330_o와 전송 전극 330_e는, 초점검출용 화소의 동공분할 방향과 서로 반대인 광전변환부(312)의 단부에 배치된다. 이것은, 차광부(360)와 전송 전극 330_o, 330_e간의 간격, 또는 전송 전극(330)으로부터 광전변환부(312)에 새는 광에 의해 생긴 초점검출용 화상의 비대칭성을 작게 해서 초점검출 정밀도의 저하를 작게 하기 때문이다. 본 발명에 있어서의 초점검출용 화소는, 이 도 2의 실시예의 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전송 전극 330_o는, 초점검출용 화소의 중심에 대하여 차광부의 개구(예를 들면, Pα1)가 배치되는 방향과 같은 측의 광전변환부(312)의 단부에 배치되어도 된다.
전송 전극 330_e는, 초점검출용 화소의 중심에 대하여 차광부의 개구(예를 들면, Pβ1)가 배치되는 방향과 같은 측의 광전변환부(312)의 단부에 배치되어도 된다. 이 경우도, 전송 전극 330_o와 전송 전극 330_e는, 초점검출용 화소의 동공분할 방향으로 서로 반대의 광전변환부(312)의 단부에 배치되는 것에는 변함이 없다. 또한, 신호 처리를 추가하는 것에 의해, 차광부(360)와 전송 전극 330_o, 330_e와의 간격 및 전송 전극(330)으로부터 광전변환부(312)에 새는 광에 의해 생긴 초점검출용 화상의 비대칭성을 작게 해서 초점검출 정밀도의 저하를 작게 한다.
도 4a-4e는, 촬상소자(108)의 제조 프로세스의 일부의 설명도이고, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도의 제1행 제1열에 있는 초점검출용 화소를 예로 들어 설명한다.
도 4a에 나타낸 것처럼, ｎ형 실리콘 기판(310)에 ｐ형의 웰 영역(311)이 형성되고, 한층 더 이 웰 영역(311)의 표면에 ｎ형의 광전변환부(312)가 형성된다. 실리콘 기판(310)을 열산화하여서 실리콘 기판(310) 위에 실리콘 산화막(361)이 형성된다. 한층 더, 전송 전극 330_o인 폴리실리콘이 형성된다.
도 4b에 나타낸 것처럼, 촬상소자(108)의 전체에 제1 투명절연막인 실리콘 질화막(362)이 형성된다. 제1 투명절연막인 실리콘 질화막(362)의 굴절률은 약 1.8이고, 그 두께는 약 11ｎｍ다.
도 4c에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화막(362) 위에 텅스텐인 차광부(360)가 형성된다. 차광부(360)의 막두께는 전송 전극 330_o인 폴리실리콘과 대략 동등한 막두께이고, 전송 전극 330_o와 겹치지 않도록 형성된다. 차광부 360_2와 전송 전극 330_o는 제1 투명절연막(362)인 실리콘 질화막(362)으로 절연되어 있기 때문에, 차광부 360_2와 전송 전극 330_o와의 간격을 작게 하는 것이 가능해진다.
도 4d에 나타낸 것처럼, 차광부(360)를 덮도록 촬상소자(108)의 전체에 제2 투명절연막인 실리콘 질화막(363)이 형성된다. 제2 투명절연막인 실리콘 질화막(363)의 굴절률은 약 2.0이고, 그 두께는 약 50ｎｍ이다.
도 4e에 나타낸 것처럼, 층간 절연막(321)은, 실리콘 산화막으로 형성된다.
도 4e 후에는, (도면에 나타내지 않은) 전극 331, 층간 절연막 322, 전극 332, 층간 절연막 323, 전극 333, 층간 절연막 324, 패시베이션막 340, 평탄화층 350, 컬러필터층(351), 평탄화층 352, 마이크로렌즈(353)가 형성된다.
차광부(360)의 막두께가 전송 전극 330_o인 폴리실리콘과 대략 동등한 두께이면서 전송 전극 330_o와 겹치지 않도록 형성되어 있기 때문에, 층간 절연막(321)의 두께도 최소화하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는, 텅스텐으로 형성된 차광부(360) 위에 형성된 제2 투명절연막인 실리콘 질화막(363)은, 차광부(360)에 대하여 반사방지막으로서 기능한다. 마찬가지로, 폴리실리콘으로 형성된 전송 전극 330_o 위에 형성된 제1 투명절연막인 실리콘 질화막 362와 제2 투명절연막인 실리콘 질화막 363은, 전송 전극 330_o에 대하여 반사방지막으로서 기능한다. 또한, 광전변환부(312) 위에 형성된 제1 투명절연막인 실리콘 질화막 362와 제2 투명절연막인 실리콘 질화막 363은, 광전변환부(312)에 대하여 반사방지막으로서 기능한다.
도 2의 본 실시예의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, 촬상소자(108)의 일부에 배치된 한 쌍의 제1 및 제2 초점검출용 화소는, 촬영 렌즈의 Ｆ값에 대응하기 위해서, 차광부(360)에 의한 사각형의 개구 중심 사이에서 상대적 간격이 다른 3종류를 갖는다.
또, 본 실시예에서는, 도 2의 제1행 제1열의 초점검출용 화소에 있어서 차광부 360_1, 360_2에 의해 형성된 개구Pα1이 화소의 중심에 대하여 좌측(-x방향)에 배치되어 있을 때, 전송 전극 330_o는 화소의 중심에 대하여 우측(+x방향)에 배치되어 있다. 이에 반해서, 도 2의 제2행 제2열의 초점검출용 화소에 있어서 차광부 360_3, 360_4에 의해 형성된 개구Pβ1이 화소의 중심에 대하여 우측(+x방향)에 배치되어 있을 때는, 전송 전극 330_e는 화소 의 중심에 대하여 좌측(-x방향)에 배치되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 초점검출용 화소를 배치하고 있지 않는 행에 있어서도 전송 전극 330_o, 330_e는, 홀수행에서는 화소의 중심에 대하여 우측(+x방향)에, 짝수행에서는 화소의 중심에 대하여 좌측(-x방향)에 배치되어 있다.
이하, 도 5a-5f의 촬상소자(108)에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도와, 도 6a-6d의 수광분포의 사영 설명도를 사용하여, 수광특성을 설명한다. 도 5a-5f의 수광특성을 설명하는 도면은, 촬영 렌즈(200)에서의 비네팅(vignetting)이 없는 경우의 예를 나타내고 있다. 또한, 도 6a-6d의 수광분포의 사영은, 도 5a-5f에 나타낸 초점검출용 화소의 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 수광분포의 y방향의 사영이고, 초점검출용 화소군에 의해 생성된 선 화상 분포함수(소위, "선 화상")L을 보이고 있다.
도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, 제1행 제1열에 배치되고 초점검출이 가능한 화소(제1 초점검출용 화소)의 차광부 360_1, 360_2에 의해 형성된 개구Pα1은, 화소중심에 대하여 -x방향으로 제1 변위량만큼 변위되어 있다.
도 5a는, 촬상소자(108)의 제1행 제1열에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다. 도 5a-5f의 수광분포 설명도는, 촬상소자(108)의 제조 오차가 없는 경우에, 촬영 렌즈(200)의 동공 위에서 수광가능한 광량분포를 보이고 있다. 도 5a에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광 광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제1행 제1열에 배치된 화소의 차광부의 개구Pα1은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sα1으로부터 수광할 수 있다. 도 5a에서, 촬영 렌즈(200)의 광축(도 5a에서 x축과 y축의 교점)으로부터 -x방향의 위치의 수광광량이 높게 되어 있는 영역Sγ은, 차광부 360_2와 전송 전극 330_o와의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_o의 일부 투과광에 의해 생긴 것이다.
도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, 제1행 제1열에 배치된 초점검출이 가능한 화소에 대하여 쌍이 되는 초점 검출가능한 화소(제2 초점검출용 화소)가, 경사 방향으로 인접한 위치(도 2의 제2행 제2열)에 배치되어 있다. 쌍이 되는 초점 검출가능한 화소에는 차광부 360_3, 360_4가 형성되고, 차광부 360_3, 360_4에 의해 형성된 개구Pβ1의 중심은, 화소중심에 대하여 +x방향으로 제1 변위량만큼 변위되어 있다.
도 5b는, 촬상소자(108)의 제2행 제2열에 배치된 화소의 수광분포 설명도다. 도 5b에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제2행 제2열에 배치된 화소의 차광부 360_3, 360_4에 의해 형성된 개구Pβ1은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sβ1으로부터 수광 가능하게 되어 있다. 도 5b에서, 촬영 렌즈(200)의 광축(도 5b에서 x축과 y축의 교점)으로부터 +x방향의 위치의 높은 수광광량을 갖는 영역Sγ은, 차광부 360_3과 전송 전극 330_e와의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_e의 일부 투과광에 의해 생긴 것이다.
촬상소자(108)의 제조 오차가 없는 경우에는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위에서 높은 수광광량을 갖는 영역의 광축으로부터의 거리xα1과 거리xβ1은 동일하다.
도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, 제1행 제1열로부터 -y방향으로 늘어서 있고 4번째 행인 행(도 2의 제5행)에는, 차광부 360_5, 360_6이 형성된 초점검출 가능한 화소가 배치되어 있다. 제5행 제1열에 배치된 초점검출이 가능한 화소에 있어서, 차광부 360_5, 360_6에 의해 형성된 개구Pα2의 중심은, 화소중심에 대하여 -x방향으로 상기 제1 변위량과는 다른 제2 변위량만큼 변위되어 있다.
도 5c는, 촬상소자(108)의 제5행 제1열에 배치된 화소의 수광분포 설명도다. 도 5c에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제5행 제1열에 배치된 화소의 차광부 360_5, 360_6에 의해 형성된 개구Pα2는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sα2로부터 수광 가능하게 되어 있다. 도 5c에서, 촬영 렌즈(200)의 광축(도 5c에서, x축과 y축의 교점)으로부터 -x방향의 위치에서 높은 수광광량을 갖는 영역Sγ은, 차광부 360_6과 전송 전극 330_o와의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_o의 일부 투과광에 의해 생긴 것이다.
도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, 제5행 제1열에 배치된 초점검출이 가능한 화소에 대하여 쌍이 되는 초점검출 가능한 화소가, 경사 방향으로 인접한 위치(도 2의 제6행 제2열)에 배치되어 있다. 쌍이 되는 초점검출 가능한 화소에는, 마찬가지로 차광부 360_7, 360_8이 형성되고, 차광부 360_7, 360_8에 의해 형성된 개구Pβ2의 중심은, 화소중심에 대하여 +x방향으로 제2 변위량만큼 변위되어 있다.
도 5d는, 촬상소자(108)의 제6행 제2열에 배치된 화소의 수광분포 설명도다. 도 5d에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제6행 제2열에 배치된 화소의 차광부 360_7, 360_8에 의해 형성된 개구Pβ2는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sβ2로부터 수광 가능하게 되어 있다. 도 5d에서, 촬영 렌즈(200)의 광축(도 5d에서x축과 y축의 교점)으로부터 +x방향의 위치에서 높은 수광광량을 갖는 영역Sγ은, 차광부 360_7과 전송 전극 330_e간의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_e의 일부 투과광에 의해 생긴 것이다.
촬상소자(108)에 제조 오차가 없는 경우에는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위에서 높은 수광광량을 갖는 각 영역과 광축간의 거리xα2와 거리xβ2는 동일하다.
도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, -y방향으로 늘어서 있고 제5행 제1열로부터 한층 더 4번째 행인 행(도 2의 제9행)에는, 차광부 360_9, 360_10에 의해 형성된 초점검출 가능한 화소가 배치되어 있다. 제9행 제1열에 배치된 초점검출이 가능한 화소에 있어서, 차광부 360_9, 360_10에 의해 형성된 개구Pα3의 중심은, 화소중심에 대하여 -x방향에 상기 제1 및 제2 변위량과는 다른 제3 변위량만큼 변위되어 있다.
도 5e는, 촬상소자(108)의 제9행 제1열에 배치된 화소의 수광분포 설명도다. 도 5e에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제9행 제1열에 배치된 화소의 차광부 360_9, 360_10에 의해 형성된 개구Pα3은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sα3으로부터 수광 가능하게 되어 있다. 도 5e에서, 촬영 렌즈(200)의 광축(도 5e에서 x축과 y축의 교점)으로부터 -x방향의 위치에서 높은 수광광량을 갖는 영역Sγ은, 차광부 360_10과 전송 전극 330_o와의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_o의 일부 투과광에 의해 생긴 것이다.
도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서, 제9행 제1열에 배치된 초점검출이 가능한 화소에 대하여 쌍이 되는 초점검출 가능한 화소가, 경사 방향으로 인접한 위치(도 2에서 제10행 제2열)에 배치되어 있다. 쌍이 되는 초점검출 가능한 화소에는, 마찬가지로 차광부 360_11, 360_12가 형성되고, 차광부 360_11, 360_12에 의해 형성된 개구Pβ3의 중심은, 화소중심에 대하여 +x방향으로 제3 변위량만큼 변위되어 있다.
도 5f는, 촬상소자(108)의 제10행 제2열에 배치된 화소의 수광분포 설명도다. 도 5f에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제10행 제2열에 배치된 화소의 차광부 360_11, 360_12에 의해 형성된 개구Pβ3은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sβ3으로부터 수광 가능하게 되어 있다. 도 5f에서, 촬영 렌즈(200)의 광축(도 5f에서, x축과 y축의 교점)으로부터 +x방향의 위치에서 높은 수광광량을 갖는 영역Sγ은, 차광부 360_11과 전송 전극 330_e간의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_e의 일부 투과광에 의해 생긴 것이다.
촬상소자(108)의 제조 오차가 없는 경우에는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위에서 높은 수광광량을 갖는 각 영역과 광축간의 거리xα3과 거리xβ3은 동일하다.
또한, 차광부에 의해 형성된 개구Pα1을 갖는 초점검출 가능한 화소(도 2의 제1행 제1열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 상기 개구Pα1과 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
마찬가지로, 차광부에 의해 형성된 개구Pβ1을 갖는 초점검출 가능한 화소(도 2의 제2행 제2열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 상기 개구Pβ1과 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하는 경우에는, 개구Pα1과 같은 개구를 갖는 초점검출 화소군의 신호와 개구Pβ1과 같은 개구를 갖는 초점검출 화소군의 신호를 출력한다.
또한, 차광부에 의해 형성된 개구Pα2를 갖는 초점검출 가능한 화소(도 2의 제5행 제1열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 상기 개구Pα2와 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
마찬가지로, 차광부에 의해 형성된 개구Pβ2를 갖는 초점검출 가능한 화소(도 2의 제6행 제2열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 상기 개구Pβ2와 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
도 6a-6d는, 도 5a-5f에 나타낸 초점검출용 화소의 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 수광분포의 y방향으로의 사영이고, 초점검출용 화소군에 의해 생성되는 선 화상L을 나타낸다.
도 6a는, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서 제5행에 배치된 개구Pα2를 갖는 초점검출용 화소군에 의해 생성되는 선 화상Lα을 나타낸다. 선 화상Lα에 있어서, 가장 강도가 큰 화상의 위치로부터 도 6a의 -x방향의 떨어진 위치에 작은 강도의 화상이 발생하고 있다. 이 화상은, 차광부 360_6과 전송 전극 330_o간의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_o의 일부 투과광에 의해 생긴다.
전송 전극(330)이 폴리실리콘으로 형성되기 때문에, 파장이 짧은 광은 흡수하지만 파장이 긴 광은 투과한다. 그 때문에, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 수광분포는 광의 파장에 따라 변화된다. 도 6a에 나타낸 선 화상Lα는, 도 6c에 나타내는 녹색의 광에 대한 선 화상Lαg와 대략 등가다.
도 6c는, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서 제5행에 배치된 개구Pα2를 갖는 초점검출용 화소군에 의해 생성된 청색 광, 녹색 광 및 적색 광에 대한 선 화상Lα을 나타낸다. 청색 광에 대한 선 화상Lαb는 실선으로 나타낸다. 녹색 광에 대한 선 화상Lαg는 점선으로 나타낸다. 선 화상Lαg에 있어서, 가장 강도가 큰 화상의 위치로부터 도 6c의 -x방향의 떨어진 위치에 누설되어 광에 의한 화상이 발생한다. 이 누설 광에 의한 화상이 전송 전극 330_o인 폴리실리콘을 투과하는 성분을 포함하므로, 청색 광의 누설 광에 의한 화상보다 녹색 광의 누설 광에 의한 화상쪽이 크다. 적색 광에 대한 선 화상Lαr은 파선으로 나타낸다. 선 화상Lαr에 있어서, 가장 강도가 큰 화상의 위치로부터 도 6c의 -x방향의 떨어진 위치에 누설되어 광에 의한 화상이 발생한다. 이 누설 광에 의한 화상은 전송 전극 330_o인 폴리실리콘에서 투과하는 성분을 포함하므로, 녹색 광의 누설 광에 의한 화상보다 적색 광의 누설 광에 의한 화상쪽이 크다. 선 화상Lαb, Lαg, Lαr에 있어서, 촬상소자(108)의 개구Pα2에 의한 가장 강도가 큰 화상의 위치와 반치폭은, 촬상소자를 구성하는 마이크로렌즈의 색수차나 회절의 영향을 받아서, 파장에 따라 다르다.
도 6b는, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서 제6행에 배치된 개구Pβ2를 갖는 초점검출용 화소군에 의해 생성된 선 화상Lβ를 나타낸다. 그 선 화상Lβ에 있어서, 가장 강도가 큰 화상의 위치로부터 도 6b의 +x방향으로 떨어진 위치에 작은 강도의 화상이 발생하고 있다. 이 화상은, 차광부 360_7과 전송 전극 330_e간의 간격으로부터의 누설 광 및 전송 전극 330_e의 일부 투과광에 의해 생긴 화상이다.
상기 선 화상Lβ는, 도 6d에 나타낸 녹색 광에 대한 선 화상Lβg와 대략 등가다.
도 6d는, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서 제6행에 배치된 개구Pβ2를 갖는 초점검출용 화소군에 의해 생성된 청색 광, 녹색 광 및 적색 광에 대한 선 화상Lβ를 나타낸다. 청색 광에 대한 선 화상Lβb는 실선으로 나타낸다. 녹색 광에 대한 선 화상Lβg는 점선으로 나타낸다. 선 화상Lβg에 있어서, 가장 강도가 큰 화상의 위치로부터 도 6d의 +x방향으로 차이가 나는 위치에 누설 광에 의한 화상이 발생한다. 이 누설 광에 의한 화상이 전송 전극 330_e인 폴리실리콘에서 투과하는 성분을 포함하므로, 청색 광의 누설 광에 의한 상보다 녹색의 광의 누설 광에 의한 화상쪽이 크다. 적색 광에 대한 선 화상Lβr은 파선으로 나타낸다. 선 화상Lβr에 있어서, 가장 강도가 큰 화상의 위치로부터 도 6d의 +x방향으로 차이가 나는 위치에 누설 광에 의한 화상이 발생한다. 이 누설 광에 의한 화상이 전송 전극 330_e인 폴리실리콘에서 투과하는 성분을 포함하므로, 녹색 광의 누설 광에 의한 상보다 적색 광의 누설 광에 의한 화상쪽이 크다. 선 화상Lβb, Lβg, Lβr에 있어서, 촬상소자(108)의 개구Pβ2에 의한 가장 강도가 큰 화상의 반값폭과 위치는, 촬상소자를 구성하는 마이크로렌즈의 색수차나 회절의 영향을 받고, 그 파장에 따라 다르다.
촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하는 경우에는, 개구Pα2를 갖는 초점검출 화소군의 신호와, 개구Pβ2를 갖는 초점검출 화소군의 신호를 출력한다.
또한, 개구Pα3을 갖는 초점검출 가능한 화소(도 2의 제9행 제1열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 개구Pα3과 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
마찬가지로, 차광부에 의해 개구Pβ3을 갖는 초점검출 가능한 화소(도 2의 제10행 제2열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 개구Pβ3과 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하는 경우에는, 개구Pα3을 갖는 초점검출 화소군의 신호와, 개구Pβ3을 갖는 초점검출 화소군의 신호를 출력한다.
도 6a-6d의 수광분포의 사영 설명도에 나타나 있는 바와 같이, 개구Pα를 갖는 제1 초점검출 화소군과 개구Pβ를 갖는 제2 초점검출 화소군의 선 화상은 비대칭이기 때문에, 촬상소자(108)로부터 출력된 초점검출용 화상신호도 비대칭이다.
본 발명의 촬상소자(108)에 있어서, 초점검출용 화소의 전송 전극(330)은, 화소의 중심에 대하여 차광부(360)에 의한 사각형 개구Pα, Pβ가 배치된 방향과 반대의 방향으로 배치된다. 그 때문에, 선 화상L의 가장 강도가 큰 화상의 위치와 차이가 나는 위치에, 차광부(360)와 전송 전극(330)간의 간격으로부터의 누설 광 성분 및 전송 전극(330)의 투과광 성분이 발생된다. 그 결과, 초점검출용 화상신호를 사용한 상관 연산시에, 차광부(360)와 전송 전극(330)간의 간격으로부터의 누설 광 성분 및 전송 전극(330)의 투과 광 성분에 의한 영향이 작아져, 초점검출 정밀도의 저하를 억제한다.
그렇지만, 초점검출용 화상신호의 비대칭성이 전혀 없어지지 않기 때문에, 보다 정밀도가 높은 초점검출을 행하기 위해서는, 초점검출용 화상신호의 비대칭성을 완전하게 없애는 보정이 필요하다. 초점검출용 화상신호의 비대칭성을 완전히 없애는 보정방법에 관해서는 후술한다.
이후, 도 7의 카메라의 전기회로 블록도와 도 8a-8b의 흐름도를 참조하여, 본 발명의 촬상소자를 갖는 광학장치인 카메라의 촬영 동작을 설명한다.
도 8a의 흐름도에 있어서, 카메라(100)의 (도면에 나타내지 않은) 전원이 ＯＮ 되면(s100), 카메라(100)를 제어하는 카메라ＣＰＵ(150)는 동화상 촬영을 지시하는 제1 조작 스위치(151)의 상태를 확인한다(ｓ101). 제1 조작 스위치(151)가 ＯＮ 되어 동화상 촬영이 지시되어 있으면(s101), 카메라ＣＰＵ(150)는 플립 업 미러(101) 및 서브 미러(105)를 촬영 광로로부터 대피시킴과 아울러, 셔터 구동회로(156)를 거쳐 셔터(107)를 개구 상태로 한다.
촬영 준비가 되면, 카메라ＣＰＵ(150)는 촬상소자 구동회로(153)를 거쳐 촬상소자(108)에 의해 피사체를 촬영한다(ｓ102). 촬상소자(108)로 촬영된 화상은, 화상처리회로(154)에서 표시용 화상으로서 처리되어, 액정표시 소자 구동회로(155)를 통해 액정표시 소자(109)에 표시된다(ｓ103). 한층 더, 화상처리회로(154)에서 기록용 화상으로서 처리된 화상은, 메모리(157)에 기록된다(ｓ104). 화상을 기록하는데 기록 미디어를 사용하여도 된다.
카메라ＣＰＵ(150) 및 화상처리회로(154)는 초점검출기를 겸하고 있고, 촬상소자(108)로 촬영된 화상에 의거하여 촬영 렌즈(200)의 초점상태가 검출된다(ｓ200). 본 발명의 촬상소자(108)를 사용한 초점검출방법은 후술한다.
촬영 렌즈(200)가 합초 상태가 아니면(s106), 카메라ＣＰＵ(150)는 화상처리회로(154)로 검출된 촬영 렌즈(200)의 디포커스량을 렌즈ＣＰＵ(250)에 송신한다. 렌즈ＣＰＵ(250)는, 촬영 렌즈(200)의 디포커스량을 포커스 렌즈의 스텝 구동량으로 변환하고, 포커스 렌즈 구동회로(251)에 신호를 송신해서 포커스 렌즈를 구동한다(ｓ107).
계속해서 카메라ＣＰＵ(150)는 동화상 촬영을 지시하는 제1 조작 스위치(151)의 상태를 확인하고, 제1 조작 스위치(151)가 ＯＮ상태이면 (s101), 동화상 촬영을 계속한다(ｓ102).
한편, 동화상 촬영을 지시하는 제1 조작 스위치(151)가 ＯＦＦ상태이면(s101), 카메라ＣＰＵ(150)는 정지 화상 촬영을 지시하는 제2 조작 스위치(152)의 상태를 확인한다(ｓ108). 제2 조작 스위치(152)에서 정지 화상 촬영의 전단 조작(ＳＷ-1)이 실행되지 않고 있으면, 카메라ＣＰＵ(150)는 대기한다.
한편, 제2 조작 스위치(152)에서 정지 화상 촬영을 위해 전단조작(ＳＷ-1)이 실행되면, 카메라ＣＰＵ(150)는 초점검출장치(106)의 출력에 의거하여 촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출한다(ｓ109). 정지 화상 촬영시의 초점검출 방법은 공지의 기술이다.
촬영 렌즈(200)가 합초 상태이면(s110), 카메라ＣＰＵ(150)는 정지 화상 촬영을 지시하는 제2 조작 스위치(152)의 상태를 확인한다(ｓ112). 한편, 촬영 렌즈(200)가 합초 상태가 아니면(s110), 카메라ＣＰＵ(150)는 검출된 촬영 렌즈(200)의 디포커스량을 렌즈ＣＰＵ(250)에 송신한다. 렌즈ＣＰＵ(250)는, 촬영 렌즈(200)의 디포커스량을 포커스 렌즈의 스텝 구동량으로 변환하고, 상기 포커스 렌즈 구동회로(251)에 신호를 송신해서 포커스 렌즈를 구동한다(ｓ111).
한층 더, 카메라ＣＰＵ(150)는 정지 화상 촬영을 지시하는 제2 조작 스위치(152)의 상태를 확인한다(ｓ112). 제2 조작 스위치(152)에서 정지 화상 촬영의 후단조작(ＳＷ-2)이 실행되지 않고 있으면, 카메라ＣＰＵ(150)는 대기한다.
한편, 제2 조작 스위치(152)에서 정지 화상 촬영을 위해 후단조작(ＳＷ-2)이 실행되면(s112), 카메라ＣＰＵ(150)는 플립 업 미러(101) 및 서브 미러(105)를 촬영 광로로부터 대피시킨다. 더욱이, 셔터 구동회로(156)를 거쳐 셔터(107)를 개구 상태로 하고, 조리개 구동회로(252)를 거쳐 조리개(204)의 개구 상태를 조절한다. 정지 화상 촬영이 준비되면, 카메라ＣＰＵ(150)는 촬상소자 구동회로(153)를 거쳐 촬상소자(108)로 피사체를 촬영한다(ｓ113). 촬상소자(108)로 촬영된 화상은, 화상처리회로(154)에서 표시용의 화상으로 처리되고, 액정표시 소자 구동회로(155)를 거쳐 액정표시 소자(109)에 표시된다(ｓ114). 한층 더, 화상처리회로(154)에서 기록용의 화상으로 처리된 화상은, 메모리(157)에 기록된다(ｓ115). 화상을 기록하는데 기록 미디어를 사용하여도 된다.
화상의 기록이 종료하면(s115), 일련의 카메라 촬영 동작을 종료한다(ｓ116).
다음에, 도 8b의 흐름도를 참조해서 본 발명의 촬상소자(108)를 갖는 카메라의 초점검출 플로우를 상세하게 설명한다.
우선, 카메라ＣＰＵ(150)는, 촬영 렌즈(200)에서의 광속의 비네팅 상태를 알기 위해서 렌즈ＣＰＵ(250)를 거쳐 렌즈 정보를 판독한다(ｓ201). 다음에, 사용자가 설정한 초점검출 영역을 확인한다(ｓ202). 한층 더, 확인된 초점검출 영역에서의 피사체 색을 화상처리회로(154)에서 판정한다(ｓ203).
다음에, ＣＰＵ(150)는 메모리(157)에 기록된 촬상소자(108)의 초점검출용 화소의 수광분포를 판독한다. 메모리(157)에는, 촬상소자(108)의 광전변환부(312)를 차광하는 차광부(360)의 개구 및 파장의 차이에 대응하는 복수 종류의 수광분포가 기록되어 있다.
또한, ＣＰＵ(150)는 촬영 렌즈(200)의 렌즈 정보에 의거하여 상기 설정된 초점검출 영역에서의 비네팅을 산출한다. 화상처리회로(154)에서, 촬영 렌즈(200)의 비네팅과, 상기 설정된 초점검출 영역에 있어서의 피사체 색에 대응한 수광분포에 의거하여, 선 화상 분포함수L을 산출한다(ｓ204).
본 발명의 촬상장치인 카메라(100)는, 이하에 나타나 있는 바와 같이 피사체 색에 대응하는 촬상소자(108)의 수광특성에 의거하여 촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하기 때문에, 피사체 색에 관계없이 고정밀도의 초점검출을 가능하게 한다.
예를 들면, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도의 제5행에 배치된 차광부(360)의 개구Pα2를 갖는 초점검출용 화소군의 선 화상 분포함수를 Lα라고 하고, 제6행에 배치된 차광부(360)의 개구Pβ2를 갖는 초점검출용 화소군의 선 화상 분포함수를 Lβ라고 한다. 선 화상 분포함수L은, 도 6c 및 도 6d의 사영 설명도에 나타나 있는 바와 같이, 피사체 색에 따라 다른 특성을 갖는다.
촬영 렌즈(200)의 다른 영역을 투과하는 광속에 의해 생성된 2개의 화상을 사용해서 촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하는 경우, 동공영역을 투과하는 광속의 중심위치에 따라 초점검출 정밀도가 결정된다. 촬영 렌즈(200)의 다른 동공영역을 통과하는 광속의 중심간의 간격을 기선(base-line) 길이라고 부르고, 그 기선 길이는 화상처리회로(154)에서 촬영 렌즈(200)의 다른 동공영역을 투과하는 초점검출용 화소의 수광분포의 사영인 선 화상 분포함수의 중심의 간격에 근거하여 산출된다.
차광부(360)의 개구Pα2를 갖는 초점검출용 화소 군의 선 화상 분포함수Lα의 중심은 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00001
마찬가지로, 차광부(360)의 개구Pβ2를 갖는 초점검출용 화소군의 선 화상 분포함수Lβ의 중심은 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00002
상기 계산 결과에 의거하여 기선 길이G는 다음과 같이 계산된다(ｓ205).
Figure pat00003
본 실시예의 촬상소자(108)는, 차광부(360)와 전송 전극(330)간의 간격을 최소로 설정하기 때문에, 차광부(360)와 전송 전극(330)간의 간격으로부터의 누설 광에 의해 생긴 화상의 강도는 작다. 그 결과, 차광부(360)와 전송 전극(330)간의 간격으로부터의 누설 광에 의한 기선 길이의 변화의 영향을 최소로 설정한다.
다음에, 화상처리회로(154)에서의 상기 선 화상 분포함수Lα, Lβ에 의거하여 초점검출용 화상의 출력의 기울기를 보정(소위, "셰이딩(shading) 보정")한다(ｓ206).
한층 더, 화상처리회로(154)에서, 셰이딩 보정후의 초점검출용 화상을 사용해서 공지의 상관 연산 방법에 의해 화상 어긋남량을 계산하고, 식(1)?(3)에서 계산한 기선 길이를 사용하여, 잠정적인 디포커스량을 구한다(ｓ207).
계산된 잠정 디포커스량이 소정의 범위 내인지의 여부를 ＣＰＵ(150)에 의해 판정한다(ｓ208). 잠정 디포커스량이 소정의 범위내라고 판정되었을 경우에는(s208), 보다 정밀도가 높은 디포커스량을 산출하기 위해서 초점검출용 화상의 화상 보정처리를 행한다. 한편, 잠정 디포커스량이 소정의 범위외라고 판정되었을 경우에는(s208), 그 흐름은 메인 루틴에 복귀된다(ｓ213).
잠정 디포커스량이 소정의 범위외일 경우에 화상 보정처리를 행하지 않는 것은, 디포커스량이 지나치게 크면, 초점검출용 화상이 더욱 흐려지고 그 상관 연산이 곤란해지기 때문이다. 한편, 디포커스량이 작을 때에는, 2개의 화상의 비대칭성이 그다지 변화되지 않으므로, 화상 보정을 할 필요가 없기 때문이다. 상기 2개의 이유에 의해, 화상 보정은 소정의 디포커스 범위내에서만 행하는 쪽이 보다 좋다.
잠정 디포커스량이 소정의 범위내라고 판정되면(s208), 초점검출용 화상의 화상 보정처리를 행하기 위해서 ＣＰＵ(150)는 우선 화상 보정을 행하기 위한 필터Lα', Lβ'을 작성한다(ｓ209). 화상 보정 필터Lα′, Lβ'는, 이미 계산된 선 화상 분포함수Lα, Lβ와 상기 계산된 잠정 디포커스량에 근거해서 산출된다.
화상 보정 필터Lα′, Lβ′가 작성되면(s209), 촬상소자(108)로부터 출력된 초점검출용 화상Iα, Iβ의 비대칭성을 감소시키지 위한 필터 처리가 화상처리회로(154)에서 행해진다(ｓ210). 상기 보정된 초점검출용 화상을 Iα′, Iβ′라고 하면, 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
초점검출용 화상에 대하여 필터 처리를 하므로, 기선 길이 산출을 위한 선 화상 분포함수로 필터 처리를 행해서 기선 길이를 재계산한다(ｓ211).
우선, 선 화상 분포함수Lα에 대해 필터 처리를 행한 보정 선 화상Ｌｃα은, 화상처리회로(154)에서 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00006
따라서, 보정 선 화상Ｌｃα의 중심을 Gα'이라고 하면 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00007
마찬가지로, 선 화상 분포함수Lβ에 대해 필터 처리를 행한 보정 선 화상Ｌｃβ는, 화상처리회로(154)에서 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00008
따라서, 보정 선 화상Ｌｃβ의 중심을 Gβ'라고 하면 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00009
따라서, 그 계산된 기선 길이를 G'이라고 하면 다음과 같이 계산된다(ｓ211).
Figure pat00010
한층 더, 식(4), (5)로 계산된 보정된 초점검출용 화상 피사체 화상Iα′, Iβ′를 사용하여, 공지의 상관 연산 방법에 의해 2개의 화상의 화상 어긋남량을 화상처리회로(154)에서 산출해서 초점상태를 검출한다. 한층 더, 식(6)?(10)에 계산된 보정 기선 길이를 사용하여서, 디포커스량을 산출한다(ｓ212). 디포커스량이 산출되면, 그 흐름이 메인 루틴에 복귀된다 (ｓ213).
이상과 같은 구성에서는, 초점검출용의 광속의 비네팅 상태에 따라 화상의 보정이 가능하고, 합초 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 카메라(100)의 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)가 좁혀지는 경우를 설명한다.
도 9a는, 촬상소자(108)의 제1행 제1열에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다. 도 9a-9f의 수광분포 설명도는, 촬상소자(108)의 제조 오차가 없는 경우에, 촬영 렌즈(200)의 동공 위에서 수광가능한 광량분포를 나타낸다. 도 9a에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제1행 제1열에 배치된 화소의 차광부 개구Pα1은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sα1로부터 수광 가능하게 되어 있다. 전송 전극 330_o에 대응하는 영역, 또는 차광부 360_2와 전송 전극 330_o간의 간격은, 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)로 제한되고 촬영 렌즈(200)의 동공 위에는 발생하지 않는다.
도 9b는, 촬상소자(108)의 제2행 제2열에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다. 도 9b에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제2행 제2열에 배치된 화소의 차광부 360_3, 360_4로 인한 개구Pβ1은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sβ1로부터 수광 가능하게 되어 있다. 전송 전극 330_e에 대응하는 영역, 또는 차광부 360_3과 전송 전극 330_e간의 간격은, 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)로 제한되고, 촬영 렌즈(200)의 동공 위에는 발생하지 않는다.
도 9c는, 촬상소자(108)의 제5행 제1열에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다. 도 9c에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제5행 제1열에 배치된 화소의 차광부 360_5, 360_6으로 인한 개구Pα2는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sα2로부터 수광 가능하게 되어 있다. 여기에서, 전송 전극 330_o에 대응하는 영역, 또는 차광부 360_6과 전송 전극 330_o간의 간격은, 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)로 제한되고 촬영 렌즈(200)의 동공 위에는 발생하지 않는다.
도 9d는, 촬상소자(108)의 제6행 제2열에 배치된 화소의 수광분포 설명도다. 도 9d에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제6행 제2열에 배치된 화소의 차광부 360_7, 360_8로 인한 개구Pβ2는, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sβ2로부터 수광 가능하게 되어 있다. 전송 전극 330_e에 대응하는 영역, 또는 차광부 360_7과 전송 전극 330_e간의 간격은, 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)로 제한되고 촬영 렌즈(200)의 동공 위에는 발생하지 않는다.
도 9e는, 촬상소자(108)의 제9행 제1열에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다. 도 9e에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제9행 제1열에 배치된 화소의 차광부 360_9, 360_10으로 인한 개구Pα3은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sα3으로부터 수광 가능하게 되어 있다. 전송 전극 330_o 에 대응하는 영역, 또는 차광부 360_10과 전송 전극 330_o간의 간격은, 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)로 제한되고 촬영 렌즈(200)의 동공 위에는 발생하지 않는다.
도 9f는, 촬상소자(108)의 제10행 제2열에 배치된 초점검출용 화소의 수광분포 설명도다. 도 9f에서, 흑백의 농담은 수광가능한 광량을 나타내고, 흰 영역은 높은 수광광량을 갖는다.
촬상소자(108)의 제10행 제2열에 배치된 화소의 차광부 360_11, 360_12로 인한 개구Pβ3은, 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 영역Sβ3으로부터 수광 가능하게 되어 있다. 전송 전극 330_e에 대응하는 영역, 또는 차광부 360_11과 전송 전극 330_e간의 간격은, 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)로 제한되고 촬영 렌즈(200)의 동공 위에는 발생하지 않는다.
또한, 차광부에 의해 형성된 개구Pα1을 갖고 초점검출 가능한 화소(도 2의 제1행 제1열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 개구Pα1과 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
마찬가지로, 차광부에 의해 형성된 개구Pβ1을 갖고 초점검출 가능한 화소(도 2의 제2행 제2열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 개구Pβ1과 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
촬영 렌즈(200)의 초점상태를 검출하는 경우에는, 개구Pα1과 같은 개구를 갖는 초점검출 화소군의 신호와, 개구Pβ1과 같은 개구를 갖는 초점검출 화소군의 신호를 출력한다.
또한, 차광부에 의해 형성된 개구Pα2를 갖고 초점검출 가능한 화소(도 2의 제5행 제1열의 화소)로부터 +x방향으로 늘어서 있는 화소 위치에서, 개구Pα2와 같은 개구를 갖고 초점검출 가능한 화소가 4화소 주기로 배치되어 있다.
도 10a-10b는, 초점검출용 화소군에 의해 생성되고, 도 9a-9f에 나타낸 초점검출용 화소의 촬영 렌즈(200)의 동공 위의 수광분포의 y방향으로의 사영인, 선 화상L을 나타낸다.
도 10a는, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서 제5행에 배치된 개구Pα2를 갖는 초점검출용 화소군에 의해 생성된 선 화상Lα을 나타낸다. 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)를 좁히는 것에 의해, 차광부 360_6과 전송 전극 330_o간의 간격 및 전송 전극 330_o에 광이 도달하지 않기 때문에, 선 화상Lα은 높은 대칭성을 갖는다.
도 10b는, 도 2의 촬상소자(108)의 평면도에 있어서 제6행에 배치된 개구Pβ2를 갖는 초점검출용 화소군에 의해 생성된 선 화상Lβ를 나타낸다. 촬영 렌즈(200)의 조리개(204)를 좁히는 것에 의해, 차광부 360_7과 전송 전극 330_e간의 간격 및 전송 전극 330_e에 광이 도달하지 않기 때문에, 선 화상Lβ은 높은 대칭성을 갖는다.
이상과 같이, 본 발명의 촬상소자(108)에서는, 초점검출용 화소의 전송 전극(330)은 화소의 중심에 대하여 차광부(360)에 의한 사각형 개구Pα, Pβ의 배치 방향과 반대 방향으로 배치되어 있다. 그 때문에, 촬영 렌즈의 조리개가 좁혀지거나, 촬영 화면의 주변에서 촬영 렌즈의 비네팅이 생기는 경우에는, 차광부(360)와 전송 전극(330)간의 간격으로부터의 누설 광 성분 및 전송 전극(330)의 투과광 성분에 의한 영향을 감소시키고, 초점검출 정밀도의 저하를 억제한다. 본 실시예에서는, 초점검출용 화소를 배치하고 있지 않는 행에에서도 전송 전극(330)은, 홀수행에서는 화소의 중심에 대하여 우측(+x방향)에 배치되고, 짝수행에서는 화소의 중심에 대하여 좌측(-x방향)에 배치되어 있는 예를 나타낸다. 그러나, 도 11의 촬상소자의 평면도에 나타나 있는 바와 같이, 초점검출용 화소를 배치하고 있지 않는 행에서는 전송 전극의 배치가 화소의 중심으로부터 모두 동일한 방향으로 정렬되도록 구성되어도 된다.
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

Claims (4)

  1. 촬영 렌즈로부터의 광을 광전변환해서 피사체의 화상을 생성하는 촬영용 화소; 및
    상기 촬영 렌즈의 사출 동공의 일부의 영역을 통과하는 광을 수광하는 제1 초점검출용 화소 및 제2 초점검출용 화소를 구비하고,
    상기 제1 초점검출용 화소 및 상기 제2 초점검출용 화소 각각은,
    광전변환부;
    상기 광전변환부의 적어도 일부의 영역을 덮도록 상기 광전변환부의 단부에 배치된 전극부; 및
    개구를 갖고, 상기 광전변환부의 상기 적어도 일부의 영역과는 다른 영역을 덮는 차광부를 구비하고,
    상기 제1 초점검출용 화소의 전극부와 상기 제2 초점검출용 화소의 전극부는, 상기 제1 초점검출용 화소와 상기 제2 초점검출용 화소의 동공분할 방향으로 서로 반대인 상기 광전변환부의 단부에 배치된, 촬상소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 초점검출용 화소의 전극부는, 상기 제1 초점검출용 화소의 중심에 대하여 상기 차광부의 개구가 배치되는 측과는 반대측인 상기 광전변환부의 단부에 배치되고,
    상기 제2 초점검출용 화소의 전극부는, 상기 제2 초점검출용 화소의 중심에 대하여 상기 차광부의 개구가 배치되는 측과는 반대측인 상기 광전변환부의 단부에 배치되는, 촬상소자.
  3. 청구항 1 또는 2에 따른 촬상소자; 및
    상기 촬상소자의 출력에 의거하여 상기 촬영 렌즈의 초점상태를 검출하는 초점검출장치를 구비한, 촬상장치.
  4. 청구항 3에 따른 촬상장치; 및
    상기 촬상장치에 착탈 가능하게 장착된 교환 가능 렌즈를 구비한, 카메라 시스템.
KR1020120049015A 2011-05-18 2012-05-09 촬상소자, 그것을 구비한 촬상장치 및 카메라 시스템 KR101444161B1 (ko)

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JP2011111016A JP5404693B2 (ja) 2011-05-18 2011-05-18 撮像素子、それを具備した撮像装置及びカメラシステム
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