KR19990063470A - 광전 변환 장치 및 촬상 장치와 이를 사용한 오토포커스 카메라 - Google Patents
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Abstract
광전 변환 장치 상의 촬상 장치의 광 시스템에서 발생된 수차를 보정하고, 광 시스템에서 발생된 광량의 불균일성을 보정하기 위하여, 광전 변환 장치의 특징에 따라서, 광전 변환이 행해지는 개구 위치들이 광전 변환 영역에서 서로 다르게 된다. 광전 변환이 행해지는 개구 영역의 개구율은 배치 위치마다 변화된다. 픽셀들의 피치는 시프트되어 개구 영역의 위치를 시프트하며, 차광층의 패턴은 단계적으로 시프트되어 개구 영역의 위치를 시프트한다. 대안적으로, 수평 또는 수직 방향의 화소열의 피치는 변화되고, 차광층의 패턴이 단계적으로 변화되어, 평면 내의 수평 및 수직 방향 모두로 개구 위치를 시프트한다.
Description
본 발명은 렌즈 등의 광 시스템을 통해 입사된 광을 광전 변환하기 위한 광전 변환 장치 및 이와 같은 것, 즉 광 시스템을 사용한 오토포커스 카메라에 관한 것이다.
광전 변환 소자들이 2차원적으로 배치된 종래의 광전 변환 장치는 도 1에 도시된 배치를 갖는다. 도 1을 참조하면, 이 장치는 광전 변환 소자들로서의 화소들(1), 아웃 라인들(2), 차광 필름들(3), 개구 영역들(4), 주사 회로(5), 및 신호 전송 회로(6)를 포함한다. 화소들(1)은 소정의 피치로 2차원적으로 배열된다. 개구(4)들 각각은 대응하는 화소(1)과 동일한 형태 및 면적을 갖고, 화소(1)과 동일한 위치에 형성된다. 주사 회로(5)는 2차원적으로 배열된 화소들(1)을 수평 및 수직 방향으로 스캔하여, 신호들을 신호 전송 회로(6)로 출력한다.
종래의 광전 변환 장치에서, 2차원적으로 광전 변환된 신호들은 신호 전송 회로(6)로부터 시계열적으로 출력되고 NTSC 또는 HDTV 등의 표준에 따라 처리되어, 외부 장치로 출력된다. 이 후, 신호들은 외부 신호 처리 회로에 의해 처리되어 TV 또는 모니터 상에 재생된다. 이 경우, 광전 변환 장치 상에 형성된 화상은 TV 모니터 상에 일대일로 대응하여 재생될 수 있다. 화상 촬상 렌즈가 소정의 수차를 갖지 않는다면, 정확한 화상이 재생될 수 있다.
그러나, 종래에는, 광 시스템이 수차를 가질 때, 이 장치가 캐메라의 오토포커스(AF) 센서에 사용되어, 하기의 문제점들이 발생되었다.
AF 광빔으로서, 촬형될 목적물의 광 화상이 입력된다. 광빔은 대물 렌즈에 의해 포커스된 다음, 광전 변환 장치로 전송되면서, 복수의 반사경들에 의해 빔의 방향을 변경되어, 목적물 상에 대물 렌즈의 촛점을 맞춘다. 광빔이 반사경 각각에 의해 반사되어 포커스되는 절차에서, 반사경들 및 대물 렌즈들의 수차로 인해 왜곡된다. 예를 들어, 촬영될 목적물이 직각 패턴을 갖는다면, 광빔은 휘어져서 AF 센서로서 광전 변환 장치 상에 포커스된다. 종래에는, 이와 같은 왜곡이 신호 전송 회로 뒤에 삽입된 화상 신호 처리 회로를 사용하거나 신호 처리 소프트웨어에 의해 보정되었다.
화상이 종래의 센서를 통해 재생될 때, 직각 형상으로 재생될 화상은 휘어진다. 이것이 계속되는 신호 처리에서 불이익을 주게되어 정확한 AF 동작을 수행하는 것을 어렵게 한다.
본 발명의 제1 목적은 광전 변환 장치 상에서 촬상 장치의 광 시스템에서 발생된 수차를 보정하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은 광전 변환 장치 상에서 렌즈의 가장자리 광량(marginal light amount)의 감소와 같이 광 시스템에서 광량의 불균일성을 보정하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따르면, 광전 변환 소자의 개구 위치는 촬상 장치에 실제로 사용된 광 시스템의 수차에 따라서 광전 변환 영역 내의 인접한 개구 위치와 다르다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 각 광전 변환 소자의 개구 영역의 개구율은 광전 변환 장치 상에 포커스된 광량에 따라서 광전 변환 영역 내의 배치 위치들 마다 변화된다.
상술한 배치에서, 광전 변환 장치의 개구 각각이 광 시스템에서 실제 수차에 따라서 배치되기 때문에, 광 시스템에 기인한 화상의 수차는 광전 변환 장치 상에서 보정된다. 또한, 광 시스템의 광량에 따라 개구 각각의 개구율을 설정함으로써, 동일한 출력 레벨이 조사광에서 동일한 양으로 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 하기의 명세서 및 첨부한 도면들로부터 분명해 질 것이다.
도 1은 종래의 광전 변환 장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 개략도.
도 3은 본 발명에 사용된 오토포커스 광 시스템을 도시하는 개략도.
도 4는 본 발명에 의해 실현된 문제점에 대한 해결책으로서 화상 형성의 제1 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 개념을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 개략도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제3 실시예의 개략도들.
도 8은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예의 광전 변환 장치들 중 하나를 사용한 고체 촬상 장치를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 화소
2 : AL 출력 상호 접속부
3 : AL2 출력 상호 접속부
4 : 개구 영역
5 : 주사 회로
6 : 신호 전송 회로
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예를 첨부한 도면과 관련하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 가장 큰 특징에 따른 광전 변환 장치의 평면도이다. 도 2에서의 장치는 광전 변환 소자들로서의 화소들(1), 출력 라인들로서 AL 출력 상호 접속부들(2), 차광막들로서 AL2 상호 접속부들(3), 광이 입사되는 영역들로서 개구 영역들(4), 광전 변환 소자들을 구동하기 위한 주사 회로(5), 및 상기 화소들(1)로부터 외부 장치로 신호들을 출력하기 위한 신호 전송 회로(6)를 포함한다. 광전 변환 소자들로서 화소들(1)은 2차원 화상 픽업이 가능하도록 m×n 행렬 형태로 2차원적으로 배열된다.
도 3은 상술한 광전 변환 장치를 사용한 단일 렌즈 리플렉스 카메라(single-lens reflex camera)의 간단한 광 시스템을 도시한다. 도 3에서의 광 시스템은 화상을 포커스하기 위한 렌즈(7), 뷰 파인더(15, view finder)로 빛을 반사하기 위한 퀵 리턴 미러(8), AF(autofocus) 시스템으로 빛을 반사하기 위한 서브미러(9), 광전 변환 장치로서 AF 센서(10), 아이글래스 렌즈(11), 상기 AF 센서(10)로 빛을 인도하기 위한 미러(12), 포컬 플래인 셔터(13, focal plane shutter), 광빔의 주축(14), 및 광전 변환 장치(10)로부터의 신호에 기초하여 상기 렌즈(7)를 조절하기 위한 제어 장치(16)를 포함한다.
본 실시예에서, AF 센서(10) 상에 실제로 형성된 화상은 도 4에 도시된 바와 같이 목적물로서 직각인 실제 화상에 대응하여 휘어진다. 본 실시예의 특징으로서, 개구들이 도 2에 도시된 바와 같이 커브 패턴으로 형성되어 왜곡을 보정한다.
도 2를 참조하면, Y 방향에서의 오목 수차를 보정하기 위하여, Y 방향의 화소열 각각은 인접한 화소열에 대하여 0.5 내지 1.0 화소 만큼 시프트된다. 또한, X 방향에서의 하방 수차를 보정하기 위하여, 차광 영역들(3)이 하방으로 확산되도록 형성된다. 개구 영역들이 도 4에 도시된 바와 같은 광 시스템의 X 및 Y 방향 수차들을 보정할 수 있는 위치들에 형성되기 때문에, 광 시스템의 수차들은 광전 변환 장치 상에서 보정될 수 있다. 본 실시예에서, 화소들(1)의 개구율이 실제 광 시스템에 따라서 주변부로의 방향으로 상승하기 때문에, 출력 세이딩(shading)도 역시 감소될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광전 변환 장치 상에서 광 시스템의 화상 형성 위치의 수차 및 광량 불균일성을 보정할 수 있는 2차원 광전 변환 장치가 현실화되어, AF 정밀도의 향상, 신호 처리 회로의 간략화, 및 광 시스템의 비용 절감이 가능해 진다.
본 실시예에서, 각각의 화소는 직각 형태이다. 그러나, 각 픽셀이 정방형과 같은 다른 형태를 갖더라도, 상술한 바와 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 광전 변환 소자들이 CMOS 센서, CCD, BASIS, CMD, 및 SIT를 포함하는 다른 형태의 센서들에도 적용될 수 있다.
본 실시예에서, 광전 변환 장치는 응용예로서 AF 센서로서 사용된다. 본 실시예는 센서의 화소 배열을 사용하여 광 시스템에서의 왜곡을 보정하는 것을 목적으로 한다. 그러므로, 렌즈를 사용하여 목적물의 화상을 판독하기만 한다면, 광전 변환 장치는 비디오 카메라 또는 디지탈 카메라에도 적절하게 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 본 실시예의 특징으로서, 화소들(1)이 직각 형태로 배열되고, 개구 영역들(4)은 단지 차광층(3)의 형태를 변화시킴으로써 곡선으로 형성된다.
본 실시예에서, 각 개구 영역(4)의 면적 및 화소 감도가 변화하지 않는다면, 화소의 크기는 제1 실시예에서 보다 더 크게 만들어져야 한다. 그러나, 개구 위치들은 각 차광층(3)의 형태에 의해서만이 변화될 수 있어서, 다양한 광 시스템들에 사용될 수 있는 센서가 단지 차광층들(3)을 변화시킴으로써 현실화될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 각 직각 화소(1)에서, 개구 영역들(4)은 상하좌우측 상의 위치에 형성되어 광 시스템의 왜곡을 보정한다. 차광층들(3)은 개구 영역들이 아닌 다른 부분들에서 형성된다. 면적 인자에 의해 왜곡이 완벽하게 보정될 수는 없다. 그러나, 광 시스템에서 왜곡이 발생하는 것은 광학 수단에 의해 어느 정도 방지되기 때문에, 화상 판독 후의 화상 처리 회로에 의한 보상은 본 실시예에 의해 감소될 수 있으며, 비용 절감이 가능하게 된다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다. 도 7a 및 7b에서는, 광전 변환 소자로서의 화소(1)가 차광층(3) 및 개구 영역(4)을 갖는다. 주사선 영역(도시 생략)은 차광층(3) 아래에 부분적으로 형성된다. 동작용 구동 회로나 화상 판독 회로가 화소들 주위에 구비된다.
본 실시예에서, 광전 변환 장치는 비디도 카메라, SV(Still Video) 카메라 등에 사용된다. 보통, 저렴한 광 시스템이 사용될 때는, 배럴(barrel)형 또는 바늘(pincushion)형의 수차가 발생된다. 화상이 보정도지 않고 재생된다면, 수차는 재생 화상 내에 나타나 화질을 열화시킨다.
본 실시예에서, 예상 수차를 고려하여 개구들을 형성함으로써, 광전 변환 장치 상에서 보정이 실행되며, 재생 화상의 특성이 향상될 수 있다.
도 7a는 배럴형 수차를 보정하기 위한 배치를 도시한다. 도 7b는 바늘형 수차를 보정하기 위한 배치를 도시한다. 배럴형 수차를 보정하기 위하여, 동일한 면적을 갖는 개구 영역들(4)이 배럴형 수차에 따라서 형성되고, 차광층들(3)은 그 개구 영역들이 아닌 부분들에서 형성된다. 바늘형 수차를 보정하기 위하여, 동일한 면적을 갖는 개구 영역들(4)이 바늘형 수차에 따라서 형성되고, 차광층들(3)은 그 개구 영역들이 아닌 부분들에서 형성된다. 본 실시예에서, 개구 위치는 차광 형태를 변화시킴으로써 변화된다. 그러나, 화소 배열 자체가 변화되더라도, 상술한 것과 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
본 실시예에서, 저렴한 화상 촬상 시스템이 사용되더라도, 최소 수차를 갖는 감지된 화상이 얻어질 수 있다.
상술한 실시예들에서는, 광전 변환 소자들의 배치나 차광층의 패턴을 주로 설명하였다. 구형 수차, 비점수차(astigmatism), 필드의 곡률, 혜성형 수차 등의 수차들 및 렌즈와 미러를 포함하는 광 시스템에서의 왜곡이 보정되도록, 개구 영역 및 차광층의 패턴이 마스크를 사용하여 광식각법에 의해 정밀하게 형성되는 반도체 제조 기술을 사용하여 광전 변환 장치, 더 구체적으로 각 픽셀이 제조될 수 있고 목적물 자체의 형상이 디스플레이 상에 똑바로 형성될 수 있다.
도 8은 제4 실시예로서 제1 내지 제3 실시예들에서 설명한 광전 변환 장치들 중 하나를 사용하는 촬상 장치를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광 시스템(7) 및 스톱(26)을 통해 입사된 광의 화상이 광전 변환 장치(10) 상에 형성된다. 광 정보는 광전 변환 장치(10) 상의 화소 어레이에 의해 전기적 신호로 변환되어 출력된다. 출력 신호는 소정의 구조에 근거해 신호 처리 회로(21)에 의해 변환되어 출력된다. 처리된 신호는 기록 시스템/통신 시스템(22) 내의 정보 기록 장치에 의해 기록되거나 전송된다. 기록되거나 전송된 신호는 기록 시스템(25)에 의해 재생된다. 스톰(26), 광전 변환 장치(10) 및 신호 처리 회로(21)는 타이밍 제어 회로(23)에 의해 제어된다. 광학 시스템(7), 타이밍 제어 회로(23), 기록 시스템/통신 시스템(22) 및 재생 시스템(25)는 시스템 제어 회로(24)에 의해 제어된다.
상술한 바와 같이, 제1 내지 제4 실시예들에 따라서, 광 시스템에서의 수차는 광전 변환 장치 상에서 보정될 수 있어서, 광 시스템 및 신호 처리 회로 또는 소프트웨어가 간략화될 수 있고, 화상 재생 정밀도가 향상될 수 있다.
그러므로, 종래에 비해 저비용 및 고정밀도로 화상을 처리할 수 있는 고체 촬상 장치가 구현될 수 있다.
본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 많은 본 발명의 다양한 다른 실시예들이 구성될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의되며, 상세한 설명에서 설명된 특정한 실시예들에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 할 것이다.
Claims (18)
- 광전 변환 장치에 있어서,광전 변환 영역 내에서 광전 변환이 행해지는 개구 영역 각각이 인접한 개구 영역에 대하여 시프트된 위치에 배치되는광전 변환 장치.
- 광전 변환 장치에 있어서,광전 변환 영역 내에서 광전 변환이 행해지는 개구 영역의 개구율이 배치 위치마다 변화되는광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,화소들의 피치는, 개구 영역의 위치를 시프트하도록 인접한 화소들의 피치와 달리하는광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,차광층의 패턴은, 개구 영역의 위치를 단계적으로 시프트하도록 인접한 차광층의 패턴과 달리하는광전 변환 장치.
- 제1항에 있어서,수평 또는 수직 방향으로 상호 인접한 화소열들의 피치들은 서로 다르고, 화소 내의 차광층의 패턴은, 평면 내의 수평 및 수직 방향 모두로 개구 위치를 시프트하기 위해 단계적으로 시프트된광전 변환 장치.
- 광전 변환 장치에 있어서,광전 변환 영역 내의 화소들은 인접한 화소들에 대하여 곡선형으로 배열되는광전 변환 장치.
- 촬상 장치에 있어서:제1항의 상기 광전 변환 장치; 및상기 광전 변환 장치로부터의 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 포함하는 촬상 장치.
- 촬상 장치에 있어서:제2항의 상기 광전 변환 장치; 및상기 광전 변환 장치로부터의 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 포함하는 촬상 장치.
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- 오토포커스(autofocus) 카메라에 있어서:제1항의 상기 광전 변환 장치;상기 광전 변환 장치 상에 광을 포커스하기 위한 렌즈; 및상기 광전 변환 장치로부터의 신호에 기초하여 상기 렌즈를 조절하기 위한 제어 장치를 포함하는 오토포커스 카메라.
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