CN1225540A - 光电转换装置,摄象装置和使用该装置的自动聚焦摄象机 - Google Patents

Abstract

为了校正摄象装置的光学系统中光电转换装置上产生的象差及光量不均匀,在光电转换区域,进行光电转换的光圈的位置互不相同。进行光电转换的光圈区域的光圈比以排列位置为单位被改变。象素的间距被错开,从而使光圈区域的位置错开,或者光屏蔽图形的位置被错开,使得逐渐错开光圈区域的位置。此外,改变在水平方向或垂直方向的象素串的间距,并改变光屏蔽层的图形,使得在一个平面内沿水平方向和垂直方向错开光圈的位置。

Description

光电转换装置，摄象装置和 使用该装置的自动聚焦摄象机

本发明涉及一种用于对通过光学系统例如透镜入射的光进行光电转换的装置和摄象装置，以及使用这些装置的例如包括光学系统的自动聚焦摄象机。

常规的具有二维排列的光电转换元件的光电转换装置具有如图1所示的结构。参看图1，该装置包括作为光电转换元件的象素1，输出线2，光屏蔽膜3，光圈区4，扫描电路5，和信号传递电路6。象素1以预定的间距呈二维排列。每个光圈4具有和相应的象素1相同的形状和面积，并且在和象素1相同的位置上被形成。扫描电路5沿水平和垂直方向扫描二维排列的象素1，并向信号传递电路6输出信号。

在常规的光电转换装置中，被二维地光电转换的信号从信号传递电路6按时间被串行地输出，按照标准例如NTSC或HDTV被处理，并被输出到外部设备。此后，信号被外部信号处理电路处理，并在TV或监视器上再现。在这种情况下，在光电转换装置上形成的图象可以一一对应地在TV监视器上再现。除非摄象透镜具有任何象差，否则总可以再现精确的图象。

然而，在现有技术中，当光学系统具有象差时，并且这种装置被用作摄象机的自动聚焦(AF)检测器时，出现了以下的问题。

作为AF光束的要被拍摄的物体的光的图象是输入。该光束由物镜聚焦，然后被发送到光电转换装置，同时用多个反射镜改变光束的方向，借以使物镜的焦点对在物体上。在光束被每个反射镜反射并聚焦的过程中，光束由于反射镜和物镜的象差而失真。例如，当要被拍摄的物体具有矩形图案时，光束被弯曲，并被聚焦在作为AF检测器的光电转换装置上。这种失真一般使用插在信号传递电路后面的图象信号处理电路校正，或者使用信号处理软件校正。然而，这种校正是不够的。

当图象通过常规的检测器再现时，要被再现的矩形图象发生弯曲。这在随后的信号处理中带来缺点，并使得难于进行精确的AF操作。

本发明的第一目的是在光电转换装置上校正在摄象装置的光学系统中产生的象差。

本发明的第二个目的是在光电转换装置上校正光学系统中的光量的不均匀性，例如透镜的边缘光量的减少。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，在光电转换区内，按照实际使用的摄象装置的光学系统中的象差，每个光电转换元件的光圈位置和相邻的光圈位置不同。按照本发明的另一个方面，在光电转换区内，按照在光电转换装置上聚焦的光量，每个光电转换元件的光圈区域的光圈比以设置位置为单位被改变。

在上述的方案中，因为光电转换装置的每个光圈按照光学系统中实际的象差被设置，所以由于光学系统而产生的象差在光电转换装置上被校正了。此外，通过按照光学系统中的光量设置每个光圈的光圈比，对于相同光量的照射光可以获得相同的输出值。

本发明的其它目的，特点和优点从以下的说明和附图中可以更加清楚地看出。

图1是常规的光电转换装置的平面图；

图2是本发明的第一实施例的示意图；

图3是本发明使用的自动聚焦光学系统的示意图；

图4是一个成象的例子，表示要由本发明解决的问题；

图5表示本发明的构思；

图6是本发明的第二实施例的示意图；

图7A和7B是本发明第三实施例的示意图；

图8是使用本发明的第一到第三实施例的光电转换装置之一的摄象装置。

下面结合附图详细说明本发明的第一实施例。图2是作为本发明的主要特征的光电转换装置的平面图。参看图2，该装置包括作为光电转换元件的象素1，作为输出线的AL输出互连2，作为光屏蔽膜的AL2互连3，作为光入射的区域的光圈区域4，用于驱动光电转换元件的扫描电路5，以及用于从象素1向外部设备输出信号的信号传递电路6。作为光电转换元件的象素1是以m×n的矩阵呈二维排列的，从而使得可以沿两个方向摄象。

图3表示使用上述的光电转换装置的单透镜反射摄象机的简化的光学系统。参看图3，该光学系统包括用于聚焦图象的透镜7，用于向取景器15反射光的快速偏转镜8，用于向AF(自动聚焦)系统反射光的辅助反射镜9，作为光电转换装置的检测器10，观测镜11，用于向AF检测器10引导光的反射镜12，焦点平面光圈13，光束主轴14，和用于根据来自光电转换装置10的信号调整透镜7的控制装置16。

在这个实施例中，在AF检测器10上实际形成地图象与相应于作为物体的矩形实际图象发生弯曲，如图4所示。作为本实施例的特征，光圈以弯曲图形的形式形成，如图2所示，从而校正失真。

参看图2，为了校正沿Y方向的象差凹度，沿Y方向的每个象素串相对于相邻的象素串移动0.5-1.0个象素。此外，为了校正沿X方向的向下象差，使光屏蔽膜3向下扩展。因为光圈区域被形成在能够校正光学系统的X方向和Y方向的象差的位置，如图4所示，所以光学系统中的象差可以在光电转换装置上被校正。在本实施例中，还可以减少输出阴影，这是因为象素1的光圈比按照实际的光学系统向着周边部分被升高了。

按照这一实施例，可以实现能够在光电转换装置上校正图象形成位置的象差和光学系统的光量不均匀性的二维光电转换装置，因此，可以改善AF的精度，可以简化信号处理电路，因而可以降低光学系统的成本。

在本实施例中，每个象素具有矩形形状。不过，即使每个象素具有任何其它的形状，例如正方形，也可以达到和上述相同的效果。这种光电转换元件可以用于任何类型的检测器，包括CMOS检测器，CCD,BASIS,CMD，和SIT。

在本实施例中，作为一个应用的例子使用光电转换装置作为AF检测器。这一实施例的目的在于使用检测器的象素排列校正光学系统中的失真。因此，就使用透镜读取物体的图象而言，这种光电转换装置可以适应用于视频摄象机或数字摄象机。

图6表示本发明的第二实施例，作为本实施例的特征，象素1被排列成矩形，形成光圈区域4，只通过改变每个光屏蔽层3的图形便可使其弯曲。

在本实施例中，如果每个光圈区域4的面积和象素感光灵敏度不改变，则必须使象素的大小比第一实施例的大。不过，只通过每个光屏蔽层3的图形，便可以改变光圈的位置，因此，只通过改变光屏蔽层3，便可以实现可和各种光学系统匹配的检测器。

例如，在图6所示的每个矩形象素1中，光圈区域4被在上、下、左、右侧的位置形成，以便校正光学系统中的失真。在和光圈区域不同的位置形成光屏蔽层3。由于面积的因素使得失真不可能完全被校正。不过，因为通过光学方法使光学系统中失真的产生被控制在某种程度，利用这一实施例，在图象读取之后，由图象处理电路进行的压缩可以被减少，因而可以减少成本。

图7A和7B是本发明的第三实施例。参看图7A,7B，作为光电转换元件的象素1具有光屏蔽层3和光圈区域4。在光屏蔽层3的下方，局部地形成扫描线区域(未示出)。用于操作的驱动电路或图象读取电路围绕着象素设置。

在本实施例中，这种光电转换装置用于视频摄象机，SV(静止视频)摄象机，或其类似的装置。一般地说，当使用廉价的光学系统时，会产生筒形或枕形失真。如果不经校正便使图象再现，象差便出现在再现的图象中，产生差的图象质量。

在本实施例中，通过考虑预期的象差来形成光圈，在光电转换装置上进行校正，使得再现图象的特性可以改善。

图7A表示用于校正筒形象差的结构。图7B表示用于校正枕形象差的结构。为了校正筒形象差，和筒形象差相应，形成具有相同面积的光圈区域4，在除去光圈区域之外的位置，形成光屏蔽膜3。为了校正枕形象差，和枕形象差相应，形成具有相同面积的光圈区域4，在除去光圈区域之外的位置，形成光屏蔽膜3。在本实施例中，通过改变光屏蔽图形改变光圈的位置。不过，即使象素排列本身被改变时，也可以获得和上述相同的效果。

在本实施例中，即使使用廉价的摄象系统，也可以获得具有最小象差的检测的图象。

在上述实施例中，主要说明了光电转换元件的排列或光屏蔽层的图形。光电转换装置，更具体地说，每个象素可利用半导体制造技术被容易地制造，其中光圈区域和光屏蔽层的图形可使用掩模通过光刻技术被精确地形成，使得象差例如球面象差、象散、视野弯曲，彗形象差，以及包括透镜和反射镜的光学系统的失真都可以被校正，因而物体的真实形状可被如实地显示。

作为第四实施例，图8表示使用第一到第三实施例所述的一种光电转换装置的摄象装置。如图8所示，在光电转换装置10上形成通过光学系统7和光圈26的入射光的图象。通过光电转换装置10上的象素阵列把光信息转换为电信号，并被输出。输出信号按照预定的方案由信号处理电路21转换并输出。被处理过的信号由记录系统/通信系统22中的信息记录装置记录或传递。被记录或传递的信号由再现系统25再现。光圈26，光电转换装置10，和信号处理电路21由定时控制电路23控制。光学系统7，定时控制电路23，记录系统/通信系统22，和再现系统25由系统控制电路24控制。

如上所述，按照第一到第四实施例，光学系统中的象差可以在光电转换装置上被校正，使得光学系统和信号处理电路以及软件可以被简化，并且可以改善图象再现精度。

因此，可以实现和现有技术相比能够以高的精度和低的成本处理图象的固态摄象装置。

不脱离本发明的构思可以作出本发明的许多不同的实施例。应该理解，本发明不限于说明书中说明的特定实施例，而是由所附权利要求来限定。

Claims (18)

1．一种光电转换装置，其中在光电转换区域中进行光电转换的每个光圈区域相对于相邻的光圈区域以错开的位置排列。

2．一种光电转换装置，其中在光电转换区域中进行光电转换的光圈区域的光圈比以排列位置为单位被改变。

3．如权利要求1所述的装置，其中象素的间距和相邻象素的间距不同，以便错开光圈区域的位置。

4．如权利要求1所述的装置，其中光屏蔽层的图形和相邻的光屏蔽层的图形不同，使得逐步错开光圈区域的位置。

5．如权利要求1所述的装置，其中在水平或垂直方向彼此相邻的象素串的间距是不同的，并且在象素中的光屏蔽层的图形被错开，使得在一个平面内的水平方向和垂直方向的光圈位置被逐步错开。

6．一种光电转换装置，其中在光电转换区域中的象素被排列成阵列，相对于相邻的象素弯曲。

7．一种摄象装置，包括：

如权利要求1所述的光电转换装置；以及

用于处理来自所述光电转换装置的信号的信号处理电路。

8．一种摄象装置，包括：

如权利要求2所述的光电转换装置；以及

用于处理来自所述光电转换装置的信号的信号处理电路。

9．一种摄象装置，包括：

如权利要求3所述的光电转换装置；以及

用于处理来自所述光电转换装置的信号的信号处理电路。

10．一种摄象装置，包括：

如权利要求4所述的光电转换装置；以及

用于处理来自所述光电转换装置的信号的信号处理电路。

11．一种摄象装置，包括：

如权利要求5所述的光电转换装置；以及

用于处理来自所述光电转换装置的信号的信号处理电路。

12．一种摄象装置，包括：

如权利要求6所述的光电转换装置；以及

用于处理来自所述光电转换装置的信号的信号处理电路。

13．一种自动聚焦摄象机，包括

如权利要求1所述的光电转换装置；

用于在所述光电转换装置上对光线聚焦的透镜；以及

用于根据来自所述光电转换装置的信号调整所述透镜的控制装置。

14．一种自动聚焦摄象机，包括

如权利要求2所述的光电转换装置；

用于在所述光电转换装置上对光线聚焦的透镜；以及

用于根据来自所述光电转换装置的信号调整所述透镜的控制装置。

15．一种自动聚焦摄象机，包括

如权利要求3所述的光电转换装置；

用于在所述光电转换装置上对光线聚焦的透镜；以及

用于根据来自所述光电转换装置的信号调整所述透镜的控制装置。

16．一种自动聚焦摄象机，包括

如权利要求4所述的光电转换装置；

用于在所述光电转换装置上对光线聚焦的透镜；以及

用于根据来自所述光电转换装置的信号调整所述透镜的控制装置。

17．一种自动聚焦摄象机，包括

如权利要求5所述的光电转换装置；

用于在所述光电转换装置上对光线聚焦的透镜；以及

用于根据来自所述光电转换装置的信号调整所述透镜的控制装置。

18．一种自动聚焦摄象机，包括

如权利要求6所述的光电转换装置；

用于在所述光电转换装置上对光线聚焦的透镜；以及

用于根据来自所述光电转换装置的信号调整所述透镜的控制装置。

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