KR20130011424A

KR20130011424A - 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130011424A
Application number: KR1020110072572A
Authority: KR
Inventors: 마사타카 하마다
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-30
Also published as: KR101773168B1; US8953091B2; CN102891963B; US20130021519A1; CN102891963A

Abstract

본 발명은 위상차이 검출 화소를 가지는 촬상 소자에 의해 초점을 조절하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치는 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하는 제1 개구부를 갖는 화소 및 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하지 않거나, 또는 상기 광 축 경계선을 포함하는 제2 개구부를 갖는 화소를 포함하여 상기 화소가 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자; 및 상기 촬상 소자의 제2 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling focus by image sensor for outputting phase difference signal}

본 발명은 위상차이 검출 화소를 가지는 촬상 소자에 의해 초점을 조절하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

화상 입력용 촬상 소자를 이용하여 위상차이 검출 AF(auto focus)를 실시 할 수 있는 위상차이 검출 화소가 첨부된 촬상 소자 및 그 제어 방법이 제안되고 있다. 그러나 종래의 방법에서는 촬상 화소 사이에 위상차이 검출 화소를 보충하고, 이 보충한 화소를 이용하여 위상차이를 검출한다. 이 방법에서는 위상차이 화소를 보충한 영역 내에서만 위상차이 검출이 가능하고, 위상차이 화소를 보충한 영역 밖에서는 위상차이 검출을 할 수 없다. 또한 보충한 화소의 출력은 감도가 낮고 반드시 콘트라스트 AF와 병용이 필요하게 되며, 더욱이 보충한 화소 출력에서는 AF 성공 확률이 작은 문제점이 있다.

본 발명이 해결하려는 기술적인 과제는 화소 보충 없이 전체 화소를 이용하여 위상차이 검출을 수행하고, 이로부터 초점 위치 및 방향을 획득하여 AF 성공 확률을 향상시키고 AF 시간도 단축할 수 있는 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치는 초점 조절 장치에 있어서, 각 화소의 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심된 하나의 개구부를 포함하여 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자; 및 상기 촬상 소자의 전체 화소로부터 검출된 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치는 초점 조절 장치에 있어서, 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하는 제1 개구부를 갖는 화소 및 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하지 않거나, 또는 상기 광 축 경계선을 포함하는 제2 개구부를 갖는 화소를 포함하여 상기 화소가 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자; 및 상기 촬상 소자의 제2 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 초점 방향은 상기 포커스 렌즈의 합초 위치의 방향이며, 근방향 또는 원방향을 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향으로부터 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향으로부터 상기 포커스 렌즈가 초점 방향으로 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 개구부를 포함하는 화소는 상기 촬상소자의 특정 영역에 배치되어 해당 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소는 상기 특정 영역 이외의 영역에 배치되어 해당 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고, 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 방향을 산출하고, 상기 산출된 초점 방향으로 상기 포커스 렌즈가 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고, 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 위치 및 초점 방향을 산출하고, 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법은 초점 조절 방법에 있어서, 각 화소의 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심된 하나의 개구부를 포함하여 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자의 전체 화소로부터 위상차이 신호를 검출하는 단계; 및 상기 위상차이 정보로부터 초점 위치를 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법은 초점 조절 방법에 있어서, 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하는 제1 개구부를 갖는 화소 및 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하지 않거나, 또는 상기 광 축 경계선을 포함하는 제2 개구부를 갖는 화소를 포함하는 촬상 소자로부터 위상차이 신호를 검출하는 단계; 상기 촬상 소자의 제2 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 초점 위치 및 초점 방향으로 상기 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에 상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향 신호로부터 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에 상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향 신호로부터 상기 포커스 렌즈가 초점 방향으로 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고, 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 방향을 산출하고, 상기 산출된 초점 방향으로 상기 포커스 렌즈가 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고, 상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 위치 및 초점 방향을 산출하고, 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 화소 보충 없이 전체 화소를 이용하여 위상차이 검출을 수행하고, 이로부터 초점 위치 및 방향을 획득하여 AF 성공 확률을 향상시키고 AF 시간도 단축할 수 있으며, 촬상 화상의 화질도 양호해진다.

도 1은 본 발명에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.
도 2는 도 1의 촬상 소자를 이용한 위상차이 화소의 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 수광 화소의 위상차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일반적인 촬상 소자의 화소 구성을 보이는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 위상차이 촬상 소자의 화소 구성을 보이는 도면이다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자의 화소 구성을 보이는 도면이다.
도 7은 도 5에 따른 위상차이 촬상 소자 화소의 마스크 위치와 촬영 렌즈와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 촬상 소자의 일반적인 베이어 패턴 화소를 보이는 도면이다.
도 9는 도 8을 기본으로 하여 도 7에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 10은 도 8을 기본으로 하여 도 7에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수직 방향으로 구성한 도면이다.
도 11은 다른 실시 예에 따른 위상차이 화소의 마스크 위치와 촬영 렌즈와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 8을 기본으로 하여 도 11에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 13은 도 8을 기본으로 하여 도 11에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수직 방향으로 구성한 도면이다.
도 14는 도 8을 기본으로 하여 도 7에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 및 수직 방향으로 구성한 도면이다.
도 15는 도 9와 도 10 및 도 13 및 도 14에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 16은 도 14에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 17은 도 15의 다른 실시 예에 따른 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 18은 초점 위치 검출 정밀도가 높은 위상차이 화소의 원리를 설명하는 도면이다.
도 19는 F2.8용 위상차이 화소의 마스크 위치와 촬영 렌즈와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 21은 도 9 및 도 20에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 22는 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 23은 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 24는 도 22 및 도 23에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 25는 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 26은 도 25에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수직 방향으로 구성한 도면이다.
도 27은 도 25 및 도 26에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 28은 도 27의 다른 실시 예에 따른 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 29는 도 25의 다른 실시 예 이다.
도 30은 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 31은 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 32는 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.
도 34는 도 30 내지 도 33에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자의 화소 배열도를 보이는 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 36는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 37은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.

도 1을 참조하면, 디지털 영상 처리 장치(100)와 렌즈가 분리 가능한 타입으로 도시되어 있지만, 본 촬상 소자(108)는 분리형이 아닌 일체형으로 사용 가능하다. 또한 본 발명에 따른 촬상 소자(108)를 이용하면, 위상차이 AF와 콘트라스트 AF 가 가능한 디지털 영상 처리 장치(100)가 된다.

디지털 영상 처리 장치(100)에는 포커스 렌즈(102)를 포함하는 촬영 렌즈(101)를 구비한다. 디지털 영상 처리 장치(100)는 초점 검출 기능을 구비하여, 포커스 렌즈(102)를 구동하는 것이 가능하다. 촬영 렌즈(101)에는 포커스 렌즈(102)를 구동하는 렌즈 구동부(103), 포커스 렌즈(102)의 위치를 검출하는 렌즈 위치 검출부(104), 포커스 렌즈(102)를 제어하는 렌즈 제어부(105)를 포함한다. 렌즈 제어부(105)는 디지털 영상 처리 장치(100)의 CPU(106)와 초점 검출에 관한 정보를 통신한다.

디지털 영상 처리 장치(100)는 촬상 소자(108)를 구비하여, 촬영 렌즈(101)를 통과한 피사광을 촬상해 화상 신호를 생성한다. 촬상 소자(108)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광전 변환부(미도시) 및 광전 변환부로부터 전하를 이동시켜 화상 신호를 독출하는 전송로(미도시) 등을 포함할 수 있다.

촬상 소자 제어부(107)는 타이밍 신호를 생성하여, 촬상 소자(108)가 화상을 촬상하도록 제어한다. 더 나아가 촬상 소자 제어부(107)는 각 주사선에서의 전하 축적이 끝나면 화상 신호를 차례차례 독출하도록 한다.

독출된 신호는 아날로그 신호 처리부(109)를 거쳐 A/D 변환부(110)에 디지털 신호로 변환된 후, 화상 입력 콘트롤러(111)로 입력되어 처리된다.

화상 입력 콘트롤러(111)로 입력된 디지털 화상 신호는 AWB(auto white balance) 검출부(116), AE(auto exposure) 검출부(117), AF 검출부(118)에서 각각 AWB, AE, AF 연산을 수행한다. 여기서 AF 검출부(118)는 콘트라스트 AF 시에 콘트라스트 값에 대한 검파 값을 출력하고, 위상차이 AF 시에 화소 정보를 CPU(106)로 출력하여, 위상차이 연산을 하도록 한다. CPU(106)의 위상차이 연산은 복수의 화소 열 신호의 상관 연산을 실시하여 구할 수 있다. 위상차이 연산 결과로 초점의 위치 또는 초점의 방향을 구할 수 있다.

화상 신호는 일시 메모리인 SDRAM(119)에도 저장된다. 디지털 신호 처리부(112)는 감마 보정 등 일련의 화상 신호 처리를 수행하여 디스플레이 가능한 라이브뷰 화상이나, 캡쳐 화상을 만든다. 압축 신장부(113)는 JPEG 압축 형식 도는 H.264 압축 형식 등의 압축 형식에서 화상 신호를 압축하거나 재생 시에 신장시킨다. 압축 신장부(113)에서 압축된 화상 신호를 포함한 화상 파일은 미디어 콘트롤러(121)를 통해서 메모리 카드(122)로 전송되어 저장된다.

도 1에서 CPU(106)를 포함하여, 아날로그 신호 처리부(109), A/D 변환기(110), 화상 입력 콘트롤러(111), 디지털 신호 처리부(112), 압축 신장부(113), 비디오 콘트롤러(114), AWB 검출부(116), AE 검출부(117), AF 검출부(118) 및 미디어 콘트롤러(121)는 화상 처리 회로로 표현될 수 수 있다. 일반적으로 화상 처리 회로 부분은 하나의 IC로 볼 수 있으며, 이는 디지털 영상 처리 장치(100) 내의 CPU(106)라고 해도 무방하다.

표시용 화상 정보는 VRAM(120)에 저장되고, 그 화상을 비디오 인코더(114)를 통해 LCD(115)에 표시한다. 제어부로써의 CPU(106)는 각 부분의 동작을 전체적으로 제어한다. EEPROM(123)은 촬상 소자(108)의 화소 결함 보정을 위한 정보나, 조정 정보를 저장 유지한다. 조작부(124)는 디지털 영상 처리 장치(100)의 조작을 위해, 사용자로부터 각종 명령을 입력 받는다. 조작부(124)는 셔터-릴리즈 버튼, 메인 버튼, 모드 다이얼, 메뉴 버튼 등 다양한 버튼을 포함할 수 있다.

도 2는 도 1의 촬상 소자(108)를 이용한 위상차이 화소의 원리를 설명하는 도면이다.

촬영 렌즈(11)를 통과한 피사광은 마이크로 렌즈열(14)을 통과해 수광 화소 R(15), L(16)으로 유도된다. 수광 화소 R(15), L(16)의 일부에는 촬영 렌즈(11)로부터 동공(12, 13)을 제한하는 마스크(17, 18) 또는 제한된 개구부가 구비된다. 그리고 촬영 렌즈(11)의 동공 중, 촬영 렌즈(11)의 광 축(10)보다 위에 있는 동공(12)으로부터의 빛은 수광 화소 L(16)로 유도되고, 촬영 렌즈(11)의 광 축(10)보다 아래에 있는 동공(13)으로부터의 빛은 수광 화소 R(15)로 유도된다. 마스크(17, 18) 또는 개구부가, 마이크로 렌즈열(14)에 의해 동공(12, 13) 위치에서 역 투영되는 범위의 광을 수광 화소 R(15), L(16)에 수광하는 것을 동공 분할 이라고 한다.

동공 분할된 화소 출력을 마이크로 렌즈 어레이(14)에 따라 수광 화소 R(15), L(16) 어레이가 연속한 출력을 그리면 도 3과 같이 된다. 도 3에서 가로축은 수광 화소 R(15), L(16)의 위치이며, 세로축은 수광 화소 R(15), L(16)의 출력 값이다. 각각 R열과 L열의 화소 출력 열을 보면, 같은 형상인 것을 알 수 있다. 그러나 위치 즉 위상은 다르다. 이것은 촬영 렌즈(11)의 편심된 동공(12, 13)으로부터의 광의 결상 위치가 다르기 때문에다. 따라서 초점이 맞지 않은 경우는 도 3a와 같이 위상이 어긋나 있고, 초점이 맞은 경우는 도 3b와 같이 같은 위치에 결상된다. 또한 이로부터 초점 차이의 방향도 판정할 수 있다. 피사체 앞에 초점이 맞은 경우는 전 핀이라고 하며, 전 핀인 경우 R 열은 합초 위상보다 왼쪽으로 시프트 하고, L 열은 합초 위상 보다 오른쪽으로 시프트 한다. 반대로, 피사체 뒤에 초점이 맞은 경우는 후 핀 이라고 하며, 후 핀인 경우 R 열은 합초 위상보다 오른쪽으로 시프트 하고, L 열은 합초 위상보다 왼쪽으로 시프트 한다. 도 3a는 전 핀을 나타낸 것으로, 도 3a와 반대가 되는 경우 후 핀이 된다. 그리고 R과 L의 편차량은 초점 편차량으로 환산할 수 있다.

도 4는 일반적인 촬상 소자의 화소 구성을 보이는 도면이다.

도 4를 참조하면, 두 화소를 나타내며, 위로부터 마이크로 렌즈(21), 표면층(22), 컬러 필터층(23), 배선층(24), 포토 다이오드층(25) 및 기판층(26)을 포함한다.

피사체로부터의 광은 마이크로 렌즈(21)를 통해서 각 화소의 포토 다이오드층(25)에 유도되고, 포토 다이오드가 전하를 발생하여 화소 정보가 된다. 발생한 전하는 배선층(24)으로부터 출력된다. 피사체로부터의 광은 촬영 렌즈의 사출동공을 통과한 전체 광으로 입사되고, 피사체 위치에 대응하는 휘도 정보는 화소 위치에 대응하여 얻을 수 있다. 컬러 필터층(23)은 각 화소에 R, G, B 삼 색을 사용하는 것이 일반적이며, 사양에 의해 C(cyan), M(magenta), Y(yellow)를 사용할 수도 있다.

도 5는 도 1에 도시된 위상차이 촬상 소자(108)의 화소 구성을 보이는 도면으로, 도 4의 촬상 소자(108)의 개구부에 마스크(27, 28)을 설치해, 도 2의 R과 L 신호를 획득할 수 있도록 한 위상차이 화소 구성 예를 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 마이크로 렌즈(21)와 포토 다이오드(25) 사이에 R용 마스크(27) 및 L용 마스크(28)를 구비한다. 마스크(27, 28)의 위치는 도 5에 도시된 위치로 한정되지 않으며, 마이크로 렌즈(21)와 포토 다이오드 사이이면 된다. 도 5에서는 마이크로 렌즈(21)의 광 축을 일점차선으로 표시하며, 마이크로 렌즈(21)로부터 입사하는 광로를 파선으로 가리킨다. 도 5에 도시된 마스크(27, 28)에 의해 촬영 렌즈로부터 광로의 광 축이 경계선에 약 50%로 제한된다.

도 6은 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자(108)의 화소 구성을 보이는 도면으로, 촬상 소자(108)의 개구부에 마스크를 설치하는 것이 아니라, 배선층(24)을 한쪽으로 치우치게 함으로써, 마스크 설정과 같은 효과를 얻을 수 있다.

통상 촬상 소자를 설계하는 경우, 각 화소에서의 개구율이 통상 40% 정도로 제한되는 이유가, 각 화소마다 배선층(24)이 구비되어 있기 때문이다. 도 6에서는 배선층(24)을 한쪽으로 치우치게 해서 R 화소와 L 화소를 구성하여, 위상차이 화소로 구성할 수 있다. 다만, 배선층(24)은 R 화소용 및 L 화소용으로 각각 그 배치를 바꿀 필요가 있다. 따라서 전체 배치 구성에서 배선층(24)은 지그재그 배치가 된다.

이하, 개구의 비율을 나타내는 설명에서는 설명의 편의 상 실제 화소의 개구율 수치가 40%인 것을 100%로 하여 설명하기로 한다. 예를 들어 개구율 70%는 실제 개구율이 28%가 되는 것이다.

도 7은 도 5에 따른 위상차이 촬상 소자 화소의 마스크 위치와 촬영 렌즈와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 도 7a는 R 화소를 나타내며, 촬영 렌즈(31), 도 5의 촬상 소자 화소(33), 표면으로부터 본 마스크(34) 및 마스크(34)에 도달하는 촬영 렌즈(31) 상의 동공(32)이 도시되어 있다. 도 7b는 L 화소를 나타내며, 촬영 렌즈(36), 도 5의 촬상 소자 화소(38) 및 표면으로부터 본 마스크(39), 마스크(39)에 도달하는 촬영 렌즈(36) 상의 동공(37)이 도시되어 있다.

촬영 렌즈(31, 36)의 좌측 동공(32) 또는 우측 동공(37)을 통과한 광이 화소(33, 38)에 입사한다. 마스크(34, 39)는 광 축에 대해 50%의 개구율로 설정한다. 즉 도 7은 촬영 렌즈(32, 37) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함하지 않거나 또는 광 축의 경계선을 포함한 약 50% 개구율의 R 화소(33) 및 L 화소(38)로 구성된다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 R 화소 및 L 화소는 반드시 근처에 존재하는 것은 아니다. 또한 도 7a 및 도 7b는 촬영 렌즈(32, 37) 광 축 부근의 마이크로 렌즈의 배치이며, 촬영 렌즈(32, 37) 광 축으로부터 멀어진 화소 위치에서는, COS⁴θ 법칙을 보정하기 위해, 광 축 및 마스크(34, 39) 위치를 화면의 외측 방향으로 시프트 시킨다.

도 8은 촬상 소자(108)의 일반적인 베이어 패턴 화소를 보이는 도면이다.

도 8을 참조하면, R, G, B 삼 색의 컬러 필터가 배치되어 4 화소를 1 단위로서 G 화소가 2개 배열된다.

도 9는 도 8을 기본으로 하여 도 7에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 방향으로 구성한 도면이다.

도 9a는 컬러 필터와 R 화소(33) 또는 L 화소(38)의 구별을 나타내고, 도 9b는 마스크(34, 39)의 배치를 나타낸다. 도 9에서 RLa는 R 필터에, L 화소 마스크가 구성되어 있는 것을 나타낸다.

도 9는 촬영 렌즈(31, 36) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함하지 않거나 또는 광 축의 경계선을 포함한 약 50% 개구율을 갖는 R 화소(33) 및 L 화소(38)로 구성된다. 여기서 도 9b에 도시된 마스크(34, 39)를 편의상 A 타입 마스크라고 불러, 도 9의 수평방향 위상차이 화소 구성을 HA라 부르기로 한다.

도 9에서 제1행(41) 및 제2행(42)에 L 화소를, 제3행(43) 및 제4행(44)에 R 화소를 구성한다. 제1행(41), 제2행(42)의 각 화소 또는, 제1행(41)의 L 화소, 제2행(42)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)과 제3행(43), 제4행(44)의 각 화소 또는, 제3행(43), 제4행(44)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)으로 도 3에 도시된 바와 같이 화소 열 신호를 얻어 위상차이를 연산한다. 여기서, 비닝 출력을 획득하기 위한 영역은 상기 영역에 한정하지 않고 보다 넓은 영역에서 실시해도 무방하다. 또한 비닝 출력의 획득은 동일한 색상의 화소 출력을 사용하는 것도 가능하다. 동일한 색상의 비닝 출력을 획득하는 경우, 그대로 라이브뷰 화상에 이용 가능하다. 화소 열 신호는 수평 방향의 라인 화상으로 획득된다. 따라서 수평 방향으로 콘트라스트 변화가 있는 화상을 검출할 수 있게 된다.

이와 같이 HA는 촬영 렌즈(31, 36) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함하지 않거나 또는 광 축의 경계선을 포함한 약 50% 개구율의 화소로 구성되어, 각 화소 간의 크로스토크(crosstalk) 현상이 없고, 위상차이 정보로부터 피사체의 수평방향 초점 위치를 구하는 것이 가능하게 된다.

도 10은 도 8을 기본으로 하여 도 7에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수직 방향으로 구성한 도면이다.

도 10a는 컬러 필터와 R 화소(33) 또는 L 화소(38)의 구별을 나타내고, 도 10b는 마스크(34, 39)의 배치를 나타낸다.

도 10은 촬영 렌즈(32, 37) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함하지 않거나 또는 광 축의 경계선을 포함한 약 50% 개구율을 갖는 R 화소(33) 및 L 화소(38)로 구성된다. 여기서 도 10b에 도시된 마스크(34, 39)를 편의상 A 타입 마스크라고 불러, 도 10의 수직방향 위상차이 화소 구성을 VA라 부르기로 한다.

도 10에서 제1열(51) 및 제2열(52)에 L 화소를, 제3열(53) 및 제4열(54)에 R 화소를 구성한다. 제1열(51), 제2열(52)의 각 화소 또는, 제1열(51)의 L 화소, 제2열(52)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)과 제3열(53), 제4열(54)의 각 화소 또는, 제3열(53), 제4열(54)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)으로 도 3에 도시된 바와 같이 화소 열 신호를 얻어 위상차이를 연산한다.

화소 열 신호는 수직 방향의 라인 화상으로 획득된다. 이와 같은 VA는 수직 방향으로 콘트라스트 변화가 있는 화상을 검출할 수 있어, 위상차이 정보로부터 피사체의 수직방향 초점 위치를 구하는 것이 가능하게 된다.

도 11은 다른 실시 예에 따른 위상차이 화소의 마스크 위치와 촬영 렌즈와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 도 11a는 R 화소를 나타내며, 촬영 렌즈(61), 도 5의 촬상 소자 화소(63) 및 표면으로부터 본 마스크(64) 및 마스크(64)에 도달하는 촬영 렌즈(61) 상의 동공(62)이 도시되어 있다. 도 11b는 L 화소를 나타내며, 촬영 렌즈(66), 도 5의 촬상 소자 화소(68), 표면으로부터 본 마스크(69) 및 마스크(69)에 도달하는 촬영 렌즈(66) 상의 동공(67)이 도시되어 있다.

촬영 렌즈(61, 66)의 좌측 동공(62) 또는 우측 동공(67)을 통과한 광이 화소(63, 68)에 입사한다. 도 7의 마스크(34, 39)가 광 축에 대해 50%의 개구율로 설정되어 있던 것에 비해, 도 11의 마스크(64, 69)는 광 축에 대해 50% 이상 예를 들어 75%의 개구율로 설정한다. 즉 도 11은 촬영 렌즈(61, 66) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함한 50% 이상의 개구율의 R 화소(33) 및 L 화소(38)로 구성되며, 개구부의 중심은 촬영 렌즈(61, 66)의 광 축 보다 시프트한 위치에 있다.

도 7의 경우, 도 11과 비교 시에 동공(32, 37)이 겹치는 부분이 없기 때문에 위상차이 정보가 중복되지 않아 AF 오차가 작지만 상대적으로 화상은 어둡다. 그러나 도 11의 경우는 동공(62, 67)이 겹치는 부분이 있기 때문에 위상차이 정보가 중복되어 AF 오차가 도 7에 비해 많지만, 상대적으로 화상은 밝다.

도 12는 도 8을 기본으로 하여 도 11에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 방향으로 구성한 도면이다.

도 12a는 컬러 필터와 R 화소(63) 또는 L 화소(68)의 구별을 나타내고, 도 12b는 마스크(64, 69)의 배치를 나타낸다. 도 12에서 RLa는 R 필터에, L 화소 마스크가 구성되어 있는 것을 나타낸다.

도 9가 촬영 렌즈(31, 36) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함하지 않거나 또는 광 축의 경계선을 포함한 약 50% 개구율로 구성되어 있는데 반해, 도 12는 촬영 렌즈(61, 66) 광 축을 포함한 75% 정도의 개구율로 구성되어 있다.

여기서 도 12b에 도시된 마스크(64, 69)를 편의상 B 타입 마스크라고 불러, 도 12의 수평방향 위상차이 화소 구성을 HB라 부르기로 한다.

도 12에서 제1행(71) 및 제2행(72)에 L 화소를, 제3행(73) 및 제4행(74)에 R 화소를 구성한다. 제1행(71), 제2행(72)의 각 화소 또는, 제1행(71)의 L 화소, 제2행(72)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)과 제3행(73), 제4행(74)의 각 화소 또는, 제3행(73), 제4행(74)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)으로 도 3에 도시된 바와 같이 화소 열 신호를 얻어 위상차이를 연산한다.

도 12의 위상차이 화소 구성 HB의 경우는 촬상 소자(108)로서 화상을 재현하기에 개구부가 크고 유리하다. 그러나 도 12의 HB에서 위상차이를 검출하는 경우, 촬영 렌즈의 광축을 포함한 개구부이기 때문에 위상차이 신호에는 크로스토크가 발생한다. 즉, R 화소에 의한 시프트 정보 내에 L 화소 정보가 포함되어 역의 시프트 정보가 포함되기 때문이다. 따라서 HB로부터 얻을 수 있는 위상차이 정보는 초점 위치 검출 정보를 얻는 것은 어렵지만, 피사체의 초점 방향을 구하는 것이 가능하다.

도 13은 도 8을 기본으로 하여 도 11에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수직 방향으로 구성한 도면이다.

도 13a는 컬러 필터와 R 화소(63) 또는 L 화소(68)의 구별을 나타내고, 도 13b는 마스크(64, 69)의 배치를 나타낸다. 도 13에서 RLa는 R 필터에, L 화소 마스크가 구성되어 있는 것을 나타낸다.

도 9가 촬영 렌즈(31, 36) 광 축을 사이에 두고, 광 축을 포함하지 않거나 또는 광 축의 경계선을 포함한 약 50% 개구율로 구성되어 있는데 반해, 도 13은 촬영 렌즈(61, 66) 광 축을 포함한 75% 정도의 개구율로 구성되어 있다.

여기서 도 13b에 도시된 마스크(64, 69)를 편의상 B 타입 마스크라고 불러, 도 13의 수직방향 위상차이 화소 구성을 VB라 부르기로 한다.

도 13에서 제1열(81) 및 제2열(82)에 L 화소를, 제3열(83) 및 제4열(84)에 R 화소를 구성한다. 제1열(81), 제2열(82)의 각 화소 또는, 제1열(81)의 L 화소, 제2열(82)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)과 제3열(83), 제4열(84)의 각 화소 또는, 제3열(83), 제4열(84)의 각 화소의 합(비닝(binning)출력)으로 도 3에 도시된 바와 같이 화소 열 신호를 얻어 위상차이를 연산한다.

도 13의 위상차이 화소 구성 VB로부터 얻을 수 있는 위상차이 정보는, 도 12의 HB와 같이, 피사체의 초점 방향을 구하는 것이 가능하다.

도 14는 도 8을 기본으로 하여 도 7에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수평 및 수직 방향으로 구성한 도면이다.

도 14의 화소 구성은 개구율 50%의 구성으로 하여, 초점 위치를 구하는 것이 가능하며, 도 14의 수평방향 위상차이 화소 구성을 HVA라 부르기로 한다. EH 14의 HVA에서는 화소수가 많은 G 신호를 수평, 수직 방향의 검출 화소로 이용한다.

도 15는 도 9와 도 10 및 도 13 및 도 14에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

실제 촬상 소자(108)는 예를 들면, 수평 방향이 4670 화소, 수직 방향이 3100 화소의 14.6M 화소이지만, 여기서는 모식적으로 설명하기 위해 적은 화소 수로 표시하기로 한다.

도 15에서는 촬상 소자(108) 중앙 부근에 HA 및 VA를 배치하고, 중앙의 수평 방향과 수직 방향이 교차하는 영역에는 HVA를 배치한다. 중앙으로부터 멀어진 좌우 영역에는 VA를 배치하고, 중앙 부근의 HA, VA 영역 이외의 영역에는 HB를 배치하며, HB의 주변 영역에는 VA를 배치한다.

촬상 소자(108) 중앙 부근에 HA, HB를 배치하는 것은, 촬영 렌즈의 동공 광 조건으로, 비네팅(vignetting) 현상이 발생하지 않게 하기 위함이다. 예를 들어 조리개 F6.7 렌즈까지의 경우 광이 비네팅 없이 구축될 수 있어 초점 위치 검출 정밀도를 확보할 수 있다. 촬상 소자(108) 중앙 부근 이외에는 광의 비네팅이 발생하기 때문에, 광이 비네팅되어도 밀도가 문제가 되지 않는 초점 방향 검출용의 HB, VB를 배치한다. 광 축으로부터의 거리에 의해 광의 비네팅이 증가하는 것과, 비네팅이 있더라도 비교적 R 화소 및 L 화소가 대칭적인 것이 바람직하기 때문에 중앙 및 상하 영역에 HB를 배치하고 좌우 영역에 VB를 배치한다. 이와 더불어 실제의 촬상 소자(108)에서는 HB 구성 내에 이산적으로 HA 대신에 VA가 배치된다.

이하의 동일한 촬상 소자(108)의 설명도 이와 같이 HB나 VB 화소 등 초점 방향 검출용 위상차이 화소 구성 내에 초점 위치 검출용 위상차이 화소 구성을 이산적으로 분포시키는 것이 가능하다.

그리고 디지털 영상 처리 장치(100)에서 AF 시에 초점 위치 검출이 가능한 HA, VA를 우선적으로 사용하고, 초점 방향 검출이 가능한 HB, VB는 보조적으로 이용한다.

도 16은 도 14에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

도 16을 참조하면, 촬상 소자(108) 중앙 부근에 HA를 배치하고, 중앙 부근 이외에는 VA를 배치한다.

도 6에 도시된 배선 위치 시프트를 이용한 구성의 경우에 도 16에 도시된 촬상 소자(108)의 구성이 가능하다. 촬상 화상의 화질도 종래와 동일한 재현성을 얻을 수 있어서, 동시 전체 화소로 초점 위치 검출이 가능하다. 단지 배선층은 R 화소와 L 화소가 지그재그 배선이 된다.

도 17은 도 15의 다른 실시 예에 따른 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

도 17을 참조하면, 촬상 소자(108)의 각 영역에서 수평 방향, 수직 방향의 검출이 가능하도록 구성되어 있다. 촬상 소자(108)의 중앙 부근에 HA, VA, HVA, HB, VB로 구성된 9점의 위치에서 다점검출이 가능해 진다.

지금까지는 촬영 렌즈가 F6.7까지 사용할 수 있는 위상차이가 검출 가능한 촬상 소자(108)를 설명하였지만, 촬영 렌즈가 밝은 렌즈의 경우는 초점 위치 검출 정밀도가 저하된다. 여기서 F2.8 보다 밝은 렌즈의 경우에는 초점 위치 검출 정밀도가 높은 위상차이 화소를 구축한다.

도 18은 초점 위치 검출 정밀도가 높은 위상차이 화소의 원리를 설명하는 도면이다.

도 18은 도 2와 동일하게 촬영 렌즈와 렌즈의 사출동공 위치를 나타내며, 촬영 렌즈의 F2.8용 사출동공(81), 마이크로 렌즈(82), F6.7용 사출동공(83), F6.7용 사출동공(83) 영역 내의 위상차이 R 화소용 동공(86), F6.7용 사출동공(83) 영역 내의 위상차이 L 화소용 동공(85), F2.8용 사출동공(81) 영역 내의 위상차이 R 화소용 동공(87), F2.8용 사출동공(81) 영역 내의 위상차이 L 화소용 동공(84)으로 구성된다.

F2.8용 동공(84, 87)의 위치는 촬영 렌즈 광 축 중심으로부터 먼 위치에 있는 것으로, 화소로 입사하는 각도가 커지며, 초점이 변화했을 대 결상의 위치 변화가 커진다. 따라서 입사 각도가 커지는 배치에 의해 위상차이 변화의 감도가 상승하여 초점 위치 검출 정밀도가 향상된다.

도 19는 F2.8용 위상차이 화소의 마스크 위치와 촬영 렌즈와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 19를 참조하면, 도 19a는 R 화소를 나타내며, 촬영 렌즈(91), 화소(93), 표면으로부터 본 마스크(94) 및 마스크(94)에 도달하는 촬영 렌즈(91) 상의 동공(92)이 도시되어 있다. 도 19b는 L 화소를 나타내며, 촬영 렌즈(96), 화소(98) 및 표면으로부터 본 마스크(99), 마스크(99)에 도달하는 촬영 렌즈(96) 상의 동공(97)이 도시되어 있다.

촬영 렌즈(91, 96)의 좌측 동공(92) 또는 우측 동공(97)을 통과한 광이 화소(93, 98)에 입사한다. 도 7의 경우 마스크(34, 39)가 광축에 대해 50%의 개구율로 설정되어 있는 반면, 도 19는 마스크(94, 99)가 광축에 대해 25%의 개구율로 설정되어 있다. 여기서 개구부의 중심은 F6.7용 화소보다 촬영 렌즈(91, 96)의 광 축으로부터 먼 위치에 있다. 더 나아가 화소 사이즈가 커지면, 개구부를 너무 작게 하지 않고 개구부의 위치만 중심으로부터 먼 위치에 배치할 수도 있다.

도 20은 도 19에 따른 F2.8용 촬영 렌즈로 위상차이 화소를 수평 방향으로 구성한 도면이다.

도 20a는 컬러 필터와 R 화소(93) 또는 L 화소(98)의 구별을 나타내고, 도 20b는 마스크(94, 99)의 배치를 나타낸다.

도 20은 광 축을 포함하지 않는 25% 정도의 개구율로 구성되어 있으며, 촬영 렌즈(91, 96) 광 축으로부터 멀어지는 개구부를 포함하는 R 화소(93) 및 L 화소(98)를 구성하며, 도 20의 수평방향 위상차이 화소 구성을 HA25라 부르기로 한다.

HA25로부터 얻을 수 있는 위상차이 정보는 초점 위치 검출 정보로써, 고 정밀도의 초점 위치 검출 정보를 획득할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 수직 방향으로도 위상차이 화소를 구성할 수 있으며, 이를 VA25라 부르기로 한다.

도 21은 도 9 및 도 20에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

촬상 소자(108) 중앙 부근에 HA25를 배치하고, 그 상하에 VA25를 배치한다. 도면에 도시되지는 않았지만, HA25 및 VA25 사이에 2:1의 비율로 HA를 혼재시킨다. 촬상 소자(108) 중앙 부근에서는 F2.8용 렌즈 보다 밝은 렌즈를 사용하는 시스템이라면 HA25를 배치하고, 그 외의 렌즈를 사용하는 시스템이라면 HA를 배치한다.

그리고 VA25 상하에는 HA를 배치하고, VA25 좌우에는 VA를 배치한다. 더 나아가 HA 및 VA 상하에는 HB를 배치하고 좌우에는 VB를 배치한다.

즉, 도 21은 촬상 소자(108) 중앙 부근에 F2.8 및 F6.7의 초점 위치 검출용 위상차이 화소 구성을, 그 외주에는 F6.7의 초점 위치 검출용 위상차이 화소 구성을, 그리고 최 외주에는 초점 방향 검출용 위상차이 화소 구성이 된다.

도 22는 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.

도 22a는 컬러 필터와 R 화소(93) 또는 L 화소(98)의 구별을 나타내고, 도 22b는 마스크(94, 99)의 배치를 나타낸다.

도 22는 개구율을 70%로 설정한 초점 방향 검출용 위상차이 화소의 구성이며, HB70이라 부르기로 한다. 도시되지는 않았으나, 수직 방향으로도 위상차이 화소를 구성할 수 있으며, 이를 VB70라 부르기로 한다.

도 23은 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.

도 23a는 컬러 필터와 R 화소(93) 또는 L 화소(98)의 구별을 나타내고, 도 23b는 마스크(94, 99)의 배치를 나타낸다.

도 23은 개구율을 85%로 설정한 초점 방향 검출용 위상차이 화소의 구성이며, HB85이라 부르기로 한다. 도시되지는 않았으나, 수직 방향으로도 위상차이 화소를 구성할 수 있으며, 이를 VB85라 부르기로 한다.

도 24는 도 22 및 도 23에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

도 24를 참조하면, 촬상 소자(108) 중앙 부근에 HA를 배치하고, 그 좌상, 우상, 좌하 및 우하에도 HA를 배치한다. HA 주위에는 HB70을 배치한다. 그리고 촬상 소자(108)의 중앙 위치에서 좌우상하에는 VA를 배치하고, 그 주위에는 VB70을 배치하며, 이들 사이에 HB85를 배치하고, HB875 좌우에는 VB85를 배치한다.

이는 촬상 화상의 품질을 고려한 배치로 주변 개구율을 향상시켜, 이와 같이 촬상 소자(108)는 촬영 렌즈에 의한 쉐이딩 보정 효과를 가지며, 초점 위치 검출 능력 및 화질 향상을 동시에 실현할 수 있다.

도 25는 도 19에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 또 다른 실시 예에 따라 수평 방향으로 구성한 도면이다.

도 25a는 컬러 필터와 R 화소(93) 또는 L 화소(98)의 구별을 나타내고, 도 25b는 마스크(94, 99)의 배치를 나타낸다. 도 25에서는 G 화소만이 초점 위치 검출용 위상차이 화소 구성이 되고, R 및 B 화소는 초점 방향 검출용 위상차이 화소 구성이 되며, HC라 부르기로 한다. G 화소만이 개구율이 작아지지만, 화소의 수가 2배 더 많아 화질 열화를 극복할 수 있다.

도 26은 도 25에 따른 촬상 소자의 위상차이 화소를 수직 방향으로 구성한 도면으로, 도 26 컬러 필터와 R 화소(93) 또는 L 화소(98)의 구별을 나타내고, 도 26b는 마스크(94, 99)의 배치를 나타내며, VC라 부르기로 한다.

도 27은 도 25 및 도 26에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

도 27은 지금까지의 촬상 소자(108) 보다 촬상 화질을 중요시한 구성이다. 촬상 소자(108) 중앙을 포함한 9개의 영역에 HA를 배치하고, 정 중앙 영역에는 HA 및 HA25를 함께 배치하고, 상기 9개의 영역 사이에는 HC를 배치하며, 그 각각 좌우 12 영역에는 VC를 배치한다. 이 기본 구성의 사이에 VB를 배치하고, 최 외주 상하에 HB를 배치하며, 최 외주 좌우에 VB를 배치한다.

도 27은 여러 가지 피사체에 대응 가능한 다점 초점 검출이 가능한 구성이며, 화질도 확보할 수 있다.

도 28은 도 27의 다른 실시 예에 따른 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

촬상 소자(108) 중앙 부근의 HC를 멀티 라인으로 배치하고, 동시에 VC도 멀티 라인으로 배치한다. 그리고 그 사이에 HB를 배치한다. 촬상 소자(108)의 최 외주 좌우에는 VB를 배치한다. 이와 같은 구성으로, 다점 초점 검출 점수를 소프트웨어로 임의로 설정할 수 있도록 하여, 어느 위치에서도 초점 검출영역을 설정할 수 있는 범용성 높은 촬상 소자(108)가 된다.

도 29는 도 25의 다른 실시 예 이다.

도 29는 베이어 패턴 배열에 대해 G 화소 중 하나를 무색(W)으로 한 구성, 즉, 2개의 G 필터 중 하나를 없앤 구성이다. W 화소를 초점 위치 검출용 수평 방향 위상차이 화소로 하고, R, G, B 화소는 초점 방향 검출용 수평 향 위상차이 화소로 한다. 도 29에 도시된 촬상 소자(108)의 구성을 HAW라 부르기로 한다. 도시되지는 않았으나, 수직 방향으로도 위상차이 화소를 구성할 수 있으며, 이를 VAW라 부르기로 한다. 그리고 도 27 및 28의 HC 및 VC를 HAW 및 VAW로 바꾼 촬상 소자(108)의 구성도 가능하다.

지금까지의 위상차이 화소 구성은 수평 또는 수직 방향의 위상차이를 검출하는 것이었다. 그러나 위상차이 검출 시에, 화소 구성을 촬영 광 축을 중심으로 하여, 동심원 방향으로 배치하는 것이 피사체의 대칭성을 획득하기 용이하다. 이러한 경우, 촬영 렌즈의 동공 광에 대해서도 초점 위치 검출 오차가 작아진다. 또한 비스듬하게 콘트라스트가 분포하는 피사체에 대해서는 개구부 마스크 제조 오차에 의해, 초점 위치 검출 시에 오차가 발생할 가능성도 있다. 이에 도 30 내지 도 33은 촬상 소자(108)의 경사 방향에 대해 위상차이 정보를 검출할 수 있도록 한다.

도 30은 우상좌하 방향의 위상차이를 검출하여 초점 위치를 검출하는 위상차이 화소 구성 MA로서, MA는 도 2의 L 화소에 대응하는 D 화소열로서, GDa, RDa, GDa, BDa, GDa, RDa, GDa...를 이용하여 위상차이 연산을 하고, 도 2의 R 화소에 대응하는 U 화소열로서 Bra, GUa, RUa, GUa, BUa...를 이용하여 위상차이 연산을 한다.

도 31은 좌상우하 방향의 위상차이를 검출하여 초점 위치를 검출하는 위상차이 화소 구성 NA로서, MA와 역방향으로 구성한다.

도 32는 우상좌하 방향의 위상차이를 검출하여 초점 방향을 검출하는 위상차이 화소 구성 MB로서, MB는 개구부의 마스크가 촬영 렌즈 광 축을 포함하여 개구율이 50%를 넘는 구성이다.

도 33은 좌상우하 방향의 위상차이를 검출하여 초점 방향을 검출하는 위상차이 화소 구성 NB로서, MB와 역방향으로 구성한다.

도 34는 도 30 내지 도 33에 따른 화소 구성을 조합한 촬상 소자(108)의 화소 배열도를 보이는 도면이다.

도 34는 9개 영역의 다점 초점 검출로, 중앙과 상하좌우의 5개 영역은 HA, VA, HAV로 배치하고, 촬상 소자(108)의 중앙에 대해 좌우상하의 4개 영역은 경사방향으로 초점 위치를 검출하는 MA, NA를 배치한다. 위상차이 정보 검출 방향은 촬영 렌즈 광 축에 대해 동심원 상태가 되도록 설정한다. 그리고 촬상 소자(108) 중앙 주위에는 수평 방향으로 초점 방향을 검출하는 HB를 배치하고, 좌우 기울기 상하 주변에는 경사 방향으로 MB, NB를 배치한다. 더 나아가 촬상 소자(108) 최외주에는 수직방향으로 초점을 방향을 검출하는 VB를 배치한다.

도 35는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.

도 35에 도시된 초점 조절 방법은 촬상 소자(108)로부터의 화상 출력을 이용한 콘트라스트 방식의 AF를 수행할 수 있는 도 1의 디지털 영상 처리 장치(100)로 하며, 촬상 소자(108)는 도 15의 위상차이 화소 구성으로 한다. 도 15에 개시된 위상차이 화소는 초점 위치 정보를 얻을 수 있는 위상차이 화소 및 초점 방향 정보를 얻을 수 있는 위상차이 화소가 혼재하는 촬상 소자(108)이다.

디지털 영상 처리 장치(100)의 제1 셔터 릴리즈 버튼(S1)이 온 되면(S100), 촬상 소자(108)로부터 화상 정보를 화상 처리 회로에 입력한다(S101). 여기서 화상 처리 회로라 함은 도 1에 도시된 CPU(106)를 포함하여, 아날로그 신호 처리부(109), A/D 변환기(110), 화상 입력 콘트롤러(111), 디지털 신호 처리부(112), 압축 신장부(113), 비디오 콘트롤러(114), AWB 검출부(116), AE 검출부(117), AF 검출부(118) 및 미디어 콘트롤러(121)일 수 있다. 일반적으로 화상 처리 회로 부분은 하나의 IC로 볼 수 있으며, 이는 디지털 영상 처리 장치(100) 내의 CPU(106)라고 해도 무방하다.

다음에 CPU(106)는 수평 및 수직 위상차이 화소 신호 즉, HA 및 VA 화소 신호를 취득한다(S102). HA 및 VA 화소 신호는 도 9 및 도 10에 도시된 위상차이 검출로 초점 위치를 검출할 수 있는 정보이다.

이어서, CPU(106)는 화소 신호를 상관 연산하여, 수평 및 수직 방향의 위상차이를 검출한다(S103).

다음에 CPU(106)는 위상차이 검출이 가능하여 초점 위치를 검출할 수 있는지를 판단한다(S104). 피사체의 콘트라스트가 낮거나 어두운 경우 초점 위치 검출이 불가능한 경우가 있다.

판단결과, 초점 위치 검출이 가능하면, CPU(106)는 수평 방향 및 수직 방향으로부터 검출한 초점 위치 결과로부터, 디지털 영상 처리 장치(100)에 가까운 초점 위치 결과를 선택한다(S105). 즉, 수평, 수직 방향에서 최근접 초점 위치를 선택한다.

최근접 초점 위치가 선택되면, CPU(106)는 렌즈 구동부(103)를 제어하여, 포커스 렌즈(102)를 최근접 초점 위치로 구동시킨다(S106).

포커스 렌즈(102)가 최근접 초점 위치로 구동되면, 합초를 표시하고(S107), AF를 종료한다. 여기까지가 위상차이 AF를 설명하는 내용이다.

그러나 판단결과, 초점 위치 검출이 불가능한 경우, CPU(106)는 수평 및 수직 위상차이 화소 신호 즉, HB 및 VB 화소 신호를 취득한다(S108). HB 및 VB 화소 신호는 도 12 및 도 13에 도시된 위상차이 검출로 초점 방향을 검출할 수 있는 정보이다.

이어서, CPU(106)는 화소 신호를 상관 연산하여, 수평 및 수직 방향의 위상차이를 검출하고, 이로부터 초점 방향을 검출할 수 있는지를 판단한다(S109).

초점 방향 검출이 가능한 경우, CPU(106)는 포커스 렌즈(102)를 구동시키기 위한 초점 방향을 설정한다(S110).

초점 방향이 설정되면, CPU(106)는 설정된 초점 방향으로 콘트라스트 AF의 AF 검파를 실시하면서, 포커스 렌즈(102)를 구동시킨다(S112). 즉, 콘트라스트 AF 스캔을 실시한다.

그러나, 초점 방향 검출이 불가능한 경우, CPU(106)는 포커스 렌즈(102) 구동 방향을 피사체가 디지털 영상 처리 장치(100)에 가까운 방향, 즉 근 방향으로 설정하고(S111), 설정된 초점 방향으로 콘트라스트 AF의 AF 검파를 실시하면서, 포커스 렌즈(102)를 구동시킨다(S112). 즉, 콘트라스트 AF 스캔을 실시한다.

이어서 CPU(106)는 콘트라스트 AF 스캔에 의해 콘트라스트 피크를 검출할 수 있는지 판단하고(S113), 콘트라스트 피크 검출이 가능한 경우, 피크 위치가 초점 위치이므로, 포커스 렌즈를 피크 위치로 구동시키고(S114), 합초를 표시한 후 AF를 종료한다.

그러나, 포커스 렌즈(102)의 종단까지 콘트라스트 AF 스캔을 실시해도 콘트라스트 피크 검출이 불가능한 경우, 피사체가 디지털 영상 처리 장치(100)에 먼 방향으로 방향 전환을 실시 한 후 역방향 콘트라스트 AF 스캔을 계속한다(S115).

그리고 재차 콘트라스트 피크가 검출되었는지 판단하여(S116), 콘트라스트 피크가 검출된 경우 S114로 진행하여 피크 위치로 포커스 렌즈(102)를 구동하고 합초를 표시한 후 AF를 종료한다.

그러나 콘트라스트 피크가 검출되지 않은 경우, AF 불가를 표시하고(S117), AF를 종료한다.

본 실시 예에서는 HA 및 VA로 위상차이 검출이 가능하여, 초점 위치가 검출되는 경우 가장 빨리 합초한다. 다음에 HB 및 VB로 위상차이 검출이 가능하여, 초점 방향이 검출되는 경우 비교적 빨리 합초한다. 그리고, 위상차이 검출로 초점 위치 및 방향도 검출되지 않으면 콘트라스트 방식만으로 AF를 실시하게 되어 AF 시간이 늦어진다.

도 36는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.

도 36에 도시된 초점 조절 방법은 촬상 소자(108)로부터의 화상 출력을 이용한 콘트라스트 방식의 AF를 수행할 수 있는 도 1의 디지털 영상 처리 장치(100)로 하며, 촬상 소자(108)는 도 16의 위상차이 화소 구성으로 한다. 도 16에 개시된 위상차이 화소는 초점 위치 정보를 얻을 수 있는 촬상 소자(108)이다.

디지털 영상 처리 장치(100)의 제1 셔터 릴리즈 버튼(S1)이 온 되면(S200), 촬상 소자(108)로부터 화상 정보를 화상 처리 회로에 입력한다(S201).

다음에 CPU(106)는 수평 및 수직 위상차이 화소 신호 즉, HA 및 VA 화소 신호를 취득한다(S202). HA 및 VA 화소 신호는 도 9 및 도 10에 도시된 위상차이 검출로 초점 위치를 검출할 수 있는 정보이다.

이어서, CPU(106)는 화소 신호를 상관 연산하여, 수평 및 수직 방향의 위상차이를 검출한다(S203).

다음에 CPU(106)는 HA 및 VA 전체 화소로부터 위상차이 검출이 가능하여 초점 위치를 검출할 수 있는지를 판단한다(S204). 피사체의 콘트라스트가 낮거나 어두운 경우 초점 위치 검출이 불가능한 경우가 있다.

판단결과, HA 및 VA 전체 화소로부터 초점 위치 검출이 가능하면, CPU(106)는 수평 방향 및 수직 방향으로부터 검출한 초점 위치 결과로부터, 디지털 영상 처리 장치(100)에 가까운 초점 위치 결과를 선택한다(S205). 즉, 수평, 수직 방향에서 최근접 초점 위치를 선택한다.

최근접 초점 위치가 선택되면, CPU(106)는 렌즈 구동부(103)를 제어하여, 포커스 렌즈(102)를 최근접 초점 위치로 구동시킨다(S206).

포커스 렌즈(102)가 최근접 초점 위치로 구동되면, 합초를 표시하고(S207), AF를 종료한다.

그러나 판단결과, HA 및 VA 전체 화소로부터 초점 위치 검출이 불가능한 경우, CPU(106)는 포커스 렌즈(102) 구동 방향을 근 방향으로 설정하고(S208), AF 검파를 하면서 포커스 렌즈(102)를 구동시키는 콘트라스트 AF 스캔을 실시 한다(S209).

이어서 CPU(106)는 콘트라스트 AF 스캔에 의해 콘트라스트 피크를 검출할 수 있는지 판단하고(S210), 콘트라스트 피크 검출이 가능한 경우, 피크 위치가 초점 위치이므로, 포커스 렌즈를 피크 위치로 구동시키고(S211), 합초를 표시한 후 AF를 종료한다.

그러나, 포커스 렌즈(102)의 종단까지 콘트라스트 AF 스캔을 실시해도 콘트라스트 피크 검출이 불가능한 경우, 피사체가 디지털 영상 처리 장치(100)에서 먼 방향으로 방향 전환을 실시 한 후 역방향 콘트라스트 AF 스캔을 계속한다(S212).

그리고 재차 콘트라스트 피크가 검출되었는지 판단하여(S213), 콘트라스트 피크가 검출된 경우 S211로 진행하여 피크 위치로 포커스 렌즈(102)를 구동하고 합초를 표시한 후 AF를 종료한다.

그러나 콘트라스트 피크가 검출되지 않은 경우, AF 불가를 표시하고(S214), AF를 종료한다.

도 37은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 위상차이 촬상 소자에 의한 초점 조절 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.

도 37에 도시된 초점 조절 방법은 촬상 소자(108)로부터의 화상 출력을 이용한 콘트라스트 방식의 AF를 수행할 수 있는 도 1의 디지털 영상 처리 장치(100)로 하며, 촬상 소자(108)는 도 24의 위상차이 화소 구성으로 한다. 도 24에 개시된 위상차이 화소는 초점 위치 정보를 얻을 수 있는 위상차이 화소 및 초점 방향 정보를 얻을 수 있는 위상차이 화소가 복수 종류로 구비되켜, 6 종류의 위상차이 화소가 혼재하는 촬상 소자(108)이다.

디지털 영상 처리 장치(100)의 제1 셔터 릴리즈 버튼(S1)이 온 되면(S300), 촬상 소자(108)로부터 화상 정보를 화상 처리 회로에 입력한다(S301).

다음에 CPU(106)는 수평 및 수직 위상차이 화소 신호 즉, HA 및 VA 화소 신호를 취득하며, 특히 근방의 복수 화소를 비닝(binning)하여 출력 감도를 크게 해 둔다(S302).

이어서, CPU(106)는 화소 신호를 상관 연산하여, 수평 및 수직 방향의 위상차이를 검출한다(S303).

다음에 CPU(106)는 위상차이 검출이 가능하여 초점 위치를 검출할 수 있는지를 판단한다(S304). 피사체의 콘트라스트가 낮거나 어두운 경우 초점 위치 검출이 불가능한 경우가 있다.

판단결과, 초점 위치 검출이 가능하면, CPU(106)는 수평 방향 및 수직 방향으로부터 검출한 초점 위치 결과로부터, 디지털 영상 처리 장치(100)에 가까운 초점 위치 결과를 선택한다(S305). 즉, 수평, 수직 방향에서 최근접 초점 위치를 선택한다.

최근접 초점 위치가 선택되면, CPU(106)는 렌즈 구동부(103)를 제어하여, 포커스 렌즈(102)를 최근접 초점 위치로 구동시킨다(S306).

포커스 렌즈(102)가 최근접 초점 위치로 구동되면, 합초를 표시하고(S307), AF를 종료한다.

그러나 판단결과, 초점 위치 검출이 불가능한 경우, CPU(106)는 수평 및 수직 위상차이 화소 신호 즉, HB70 및 VB70 화소 신호를 취득하며, 특히 근방의 복수 화소를 비닝(binning)하여 출력 감도를 크게 해 둔다(S308). 크로스토크 요인으로 HB70 및 VB70 화소 신호 출력으로부터 정확한 초점 위치 정보를 얻을 수 없지만, 개락적인 초점 위치 정보 및 초점 방향 정보를 얻는 것은 가능하다.

이어서, CPU(106)는 화소 신호를 상관 연산하여, 수평 및 수직 방향의 위상차이를 검출하고, 이로부터 초점 개산(어림셈) 위치 및 초점 방향을 검출할 수 있는지를 판단한다(S309).

초점 개산 위치 및 초점 방향 검출이 가능한 경우, CPU(106)는 초점 개산 위치로 포커스 렌즈(102)를 구동시킨다(S310).

그리고 상세한 초점 위치 확정을 위해서, 합초 근방에서 콘트라스트 AF를 실시 한다(S311). 여기서 콘트라스트 AF는 AF 검파를 실시하면서 포커스 렌즈(102)의 구동이 저속인 파인 스캔을 행하는 것이다.

이어서 CPU(106)는 콘트라스트 AF 스캔에 의해 콘트라스트 피크를 검출할 수 있는지 판단하고(S312), 콘트라스트 피크 검출이 가능한 경우, 피크 위치가 초점 위치이므로, 포커스 렌즈를 피크 위치로 구동시키고(S313), 합초를 표시한 후 AF를 종료한다.

그러나, 콘트라스트 피크를 검출할 수 없는 경우, AF 불가 표시를 하고(S318), AF를 종료한다.

이어서, S309에서 초점 위치 및 초점 방향 검출이 불가능한 경우, CPU(106)는 수평 및 수직 위상차이 화소 신호 즉, HB85 및 VB85 화소 신호를 취득하며, 특히 근방의 복수 화소를 비닝(binning)하여 출력 감도를 크게 해 둔다(S314). HB85 및 VB85 화소 신호는 HB70 및 VB70 화소 신호보다 정밀도가 떨어지지만, 개략적인 초점 위치 정보를 얻는 것이 가능하다.

이어서, CPU(106)는 화소 신호를 상관 연산하여, 수평 및 수직 방향의 위상차이를 검출하고, 이로부터 초점 개산 위치 및 초점 방향을 검출할 수 있는지를 판단한다(S315). 초점 개산 위치 및 초점 방향 검출이 가능한 경우, S310으로 이동하여 이후의 동작을 진행한다.

그러나, 초점 위치 및 초점 방향 검출이 불가능한 경우, 콘트라스트 AF로 전환한다(S316). 여기서 콘트라스트 AF는 AF 검파를 실시하면서 포커스 렌즈(102)의 구동이 고속인 러프 스캔을 행하는 것이다.

이어서 CPU(106)는 콘트라스트 AF 스캔에 의해 콘트라스트 피크를 검출할 수 있는지 판단하고(S317), 콘트라스트 피크 검출이 가능한 경우, S311으로 이동하여 이후의 동작을 진행하고, 콘트라스트 피크 검출이 불가능한 경우, AF 불가 표시를 하고(S318), AF를 종료한다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 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.

100: 디지털 영상 촬영 장치
11,31,36,61,66,91,96,101: 촬영 렌즈
102: 포커스 렌즈
106: CPU
108: 촬상 소자
14,21,82: 마이크로 렌즈
27,28,34,39,64,69,94,99: 마스크
33,38,63,68,83,98: 화소

Claims

초점 조절 장치에 있어서,
각 화소의 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심된 하나의 개구부를 포함하여 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자; 및
상기 촬상 소자의 전체 화소로부터 검출된 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 제어부를 포함하는 초점 조절 장치.
초점 조절 장치에 있어서,
마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하는 제1 개구부를 갖는 화소 및 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하지 않거나, 또는 상기 광 축 경계선을 포함하는 제2 개구부를 갖는 화소를 포함하여 상기 화소가 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자; 및
상기 촬상 소자의 제2 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 제어부를 포함하는 초점 조절 장치.
제 2항에 있어서, 상기 초점 방향은
상기 포커스 렌즈의 합초 위치의 방향이며, 근방향 또는 원방향을 나타내는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제 3항에 있어서, 상기 제어부는
상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향으로부터 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제 3항에 있어서, 상기 제어부는
상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향으로부터 상기 포커스 렌즈가 초점 방향으로 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제2 개구부를 포함하는 화소는 상기 촬상소자의 특정 영역에 배치되어 해당 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소는 상기 특정 영역 이외의 영역에 배치되어 해당 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제 3항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고,
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 방향을 산출하고, 상기 산출된 초점 방향으로 상기 포커스 렌즈가 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제 3항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고,
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 위치 및 초점 방향을 산출하고, 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
초점 조절 방법에 있어서,
각 화소의 마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심된 하나의 개구부를 포함하여 위상차이 신호를 출력하는 촬상 소자의 전체 화소로부터 위상차이 신호를 검출하는 단계; 및
상기 위상차이 정보로부터 초점 위치를 산출하여 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 단계를 포함하는 초점 조절 방법.
초점 조절 방법에 있어서,
마이크로렌즈 및 광전 변환부 사이에 구비되고, 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하는 제1 개구부를 갖는 화소 및 상기 마이크로 렌즈 광 축 중심에 대해 편심되면서 상기 광 축 중심을 포함하지 않거나, 또는 상기 광 축 경계선을 포함하는 제2 개구부를 갖는 화소를 포함하는 촬상 소자로부터 위상차이 신호를 검출하는 단계;
상기 촬상 소자의 제2 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터의 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 초점 위치 및 초점 방향으로 상기 포커스 렌즈를 구동하는 초점 조절을 수행하는 단계를 포함하는 초점 조절 방법.
제 10항에 있어서, 상기 초점 방향은
상기 포커스 렌즈의 합초 위치의 방향이며, 근방향 또는 원방향을 나타내는 것을 특징으로 하는 초점 조절 방법.
제 11항에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에
상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향 신호로부터 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 방법.
제 11항에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에
상기 위상차이 신호에 의한 초점 방향 신호로부터 상기 포커스 렌즈가 초점 방향으로 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 방법.
제 10항에 있어서,
상기 제2 개구부를 포함하는 화소는 상기 촬상소자의 특정 영역에 배치되어 해당 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하고, 상기 제1 개구부를 포함하는 화소는 상기 특정 영역 이외의 영역에 배치되어 해당 위상차이 신호로부터 초점 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 방법.
제 11항에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고,
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 방향을 산출하고, 상기 산출된 초점 방향으로 상기 포커스 렌즈가 구동되도록 제어하면서, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 방법.
제 11항에 있어서, 상기 초점 조절 수행 시에
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 있는 경우 상기 위상차이 신호로부터 초점 위치를 산출하여, 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하고,
상기 제2 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻을 수 없는 경우 상기 제1 개구부를 포함하는 화소로부터 위상차이 신호를 얻어 초점 위치 및 초점 방향을 산출하고, 상기 포커스 렌즈가 합초 부근으로 구동되도록 제어한 후, 콘트라스트 AF를 실시하여 상기 포커스 렌즈가 합초 위치로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 방법.