KR100447220B1 - 고체촬상소자의평가회로및평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노이즈에 영향을 받지 않는 정확한 평가가 이루어지도록한 고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법에 관한 것으로, 그 구성은 광원과 렌즈 사이에 위치되어 일정 너비의 흑과 백의 라인이 N개 반복되는 테스트 이미지와,상기 테스트 이미지를 촬상하는 평가 대상의 고체 촬상 소자와,상기 고체 촬상 소자의 출력 신호를 처리하여 1H 구간의 신호를 출력하는 신호 처리부와,신호 처리부에서의 1H 구간의 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부와,A/D 변환 되어진 데이터에서 보이는 테스트 이미지의 흑백 명암에 의해 발생하는 주기성을 가지고 신호량의 주파수를 추출하는 연산 처리부와,연산 처리된 신호를 입력으로 하여 이론상 표현가능한 주파수와 실제 표현하는 주파수와의 차이를 해석하여 수평 전송 효율에 관한 데이터를 출력하는 수치화 데이터 출력부를 포함하여 구성된다.

Description

고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법{Circuit and method for testing of solid state image sensing device}

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 노이즈에 영향을 받지 않는정확한 평가가 이루어지도록한 고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고체 촬상 소자는 빛에 관한 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자이므로 디바이스의 특성 평가시에 빛에 의한 평가가 이루어져야 한다.

고체 촬상 소자의 광전 변환 효율에 대한 평가시에 유의해야 할것은 광전 변환이 이루어지는 포토 다이오드(Photo Diode)내에서 열 발생(Thermal Generation)되는 일렉트론의 효과를 어떤 방법으로 배제시키느냐이다.

순수하게 광전 변환되어진 일렉트론의 정확한 양을 알기위해서는 광전 변환이 일어나지 않는 일정 영역을 기준으로 하여 그 영역에서 얻어진 전하를 열 발생된 것으로 간주하여 광전 변환이 이루어지는 영역에서 얻어진 전하량에서 빼 주어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자의 테스트 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 고체 촬상 소자의 평가에 사용되는 EIAJ 해상도 차트이다.

종래 기술의 고체 촬상 소자의 평가에는 일본 전자 기계 공업회(Electronic Industry Association of Japan;EIAJ)에서 제안한 규격의 해상도 차트를 이용하여 육안으로 소자의 해상도를 측정한다.

EIAJ 해상도 차트를 평가 소자로 촬상하여 이를 화면상에 나타내어 평가자가 육안으로 그 인지 정도에 따라 해상도를 측정한다.

즉, 해상도 측정시에 도 1의 중심부 수평해상도(1),주변부 수평해상도(2)의 세로줄이 혼합되지 않고 보이는 지점의 수치를 읽어서 평가 대상 소자의 수평 해상도를 평가한다.

고체 촬상 소자는 빛을 받아들이는 수광부와 전송부로 구성되면 전송부는 다시 수평 전송부와 수직 전송부로 이루어진다.

따라서, 고체 촬상 소자의 해상도 특성은 기본적으로 화소의 수에 의존한다.

수광부에 축적된 전하를 순차적으로 읽어내는 것은 불연속적인 샘플링을 연속적인 것으로 출력하는 것이다.

이때, 잔상 효과를 느끼지 않을 정도로 빨리 읽어낸다면 한 프레임의 화상 정보를 얻을 수 있다.

이와 같은 고체 촬상 소자의 해상도는 전송 효율에 의해 결정되므로 이에 대한 정량적인 평가가 필요하다.

해상도를 증가시키기 위한 방법으로 화소수를 증가시키면 되는데, 이럴 경우에는 옵티컬 포맷이 동일하다면 화소별 출력은 작아지게 되고 노이즈의 영향을 받기 쉬워진다.

또한 화소 증가는 샘플링 주파수의 증가와 같은 효과를 발생시킴으로써 해상도가 바례하여 증가하여 동작 주파수가 높아짐에 따라 주파수 손실도 발생한다.

이와 같은 고체 촬상 소자의 해상도 테스트를 EIAJ 차트를 사용하여 실행하는 경우에는 해상도 증가에 따른 노이즈 영향을 배제하지 못한다.

이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 평가 방법은 다음과 같은 문제가 있다.

평가 대상 소자를 장착한 시스템의 특성과 광학계의 해상도 및 MTF(Modulation Transfer Factor)에 대하여 영향을 받아 평가하려는 소자의 개구율이 작은 경우에는 개구율이 큰 경우에 비해 출력 신호가 작으로므로 외부의 영향을 받기 쉬워서 정확한 평가가 어렵다.

즉, 소자의 개구율이 작다는 것은 수광 소자에서 빛이 들어오는 부분의 크기가 작은 경우를 말하는 것으로, 동일한 광학적 포맷을 갖는 경우라면 수평 방향 화소수가 많은 경우가 되어 출력 신호가 작아 외부의 영향을 받게된다.

또한, 육안으로 소자의 평가를 하므로 평가자의 임의적 해석에 따라 결과가 달라질 수 있어 신뢰성이 떨어진다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 평가 방법의 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 화소 증가에 따른 노이즈의 영향을 받지 않는 정확한 평가가 이루어지도록한 고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 고체 촬상 소자의 평가에 사용되는 EIAJ 해상도 차트

도 2는 본 발명에 따른 테트트 이미지 구성도

도 3은 본 발명에 따른 해상도 평가 시스템의 구성도

도 4는 본 발명에 따른 테스트 이미지를 이용한 평가시의 출력 파형도

도 5는 본 발명에 따른 해상도 평가 순서를 나타낸 플로우 차트

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31. 광원 32. 테스트 이미지

33. 렌즈 34. 고체 촬상 소자

35. 신호 처리부 36. 오실로스코우프

37. A/D 변환부 38. 연산 처리부

39. 수치화 데이터 출력부

화소 증가에 따른 외부 영향을 받지 않고 정확한 평가를 받을 수 있도록한 본 발명에 따른 고체 촬상 소자 평가 회로는 광원과 렌즈 사이에 위치되어 일정 너비의 흑과 백의 라인이 N개 반복되는 테스트 이미지와,상기 테스트 이미지를 촬상하는 평가 대상의 고체 촬상 소자와,상기 고체 촬상 소자의 출력 신호를 처리하여1H 구간의 신호를 출력하는 신호 처리부와,신호 처리부에서의 1H 구간의 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부와,A/D 변환 되어진 데이터에서 보이는 테스트 이미지의 흑백 명암에 의해 발생하는 주기성을 가지고 신호량의 주파수를 추출하는 연산 처리부와,연산 처리된 신호를 입력으로 하여 이론상 표현가능한 주파수와 실제 표현하는 주파수와의 차이를 해석하여 수평 전송 효율에 관한 데이터를 출력하는 수치화 데이터 출력부를 포함하여 구성되는 것으로 특징으로 하고, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평가 방법은 고체 촬상 소자의 해상도 평가에 있어서,일정 너비의 흑과 백의 라인이 N개 반복되는 테스트 이미지를 광원과 렌즈사이에 위치시키고 평가 대상 소자의 출력의 감마값이 거의 1인 선형적인 영역을 나타내는 조도를 찾아 표준 촬상 조건을 찾는 단계;표준 촬상 조건으로 테스트 이미지를 촬상하여 1H 구간의 신호를 얻어 이를 A/D 변환하여 데이터를 생성하는 단계;테스트 이미지의 흑백 명암으로 인하여 갖게되는 데이터의 주기성을 가지고 신호량의 주파수를 추출하는 단계;테스트 이미지상에 표시되어진 패턴의 주파수와 추출되어진 실제 표현 주파수와의 차이를 구하여 해상도를 수치적으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 테트트 이미지 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 해상도 평가 시스템의 구성도이다.

본 발명에 따른 테스트 회로는 도 2에서와 같은 N개의 흑과 백이 반복되는이미지 패턴을 갖는 테스트 이미지(32)를 구성하여 이를 테스트에 이용하는 것이다.

흑과 백이 반복되는 패턴이 N개라면 이에 의하여 생성되는 신호 변화의 전체사이클은 N/2이 된다.

NTSC 방식에서는 1 수평라인을 표시하는 시간이 63.5㎲인데 이중에서 회귀 구간을 제외한 실제 영상을 주사하는 시간은 53.5㎲이고, 수직 화상(Picture Height)은 수평 화상(Picture Width)의 3/4만 표시하므로 53.5㎲*(3/4)=40㎲가 된다.

그러므로 영상신호의 N/2 사이클은 40㎲라는 의미가 된다. 따라서 한 사이클(T)는 T = 40㎲/(N/2)가 되고 주파수 f = (N/80)MHz가 된다.

따라서, NTSC 표준 포맷으로 액티브 픽셀의 개수를 맞춘 고체 촬상 소자 (510(H) * 492(V))가 이론적으로 표현할 수 있는 최대 수평 해상도는 510 *(3/4) = 380 TV 라인이 된다.

실제의 경우는 수상기의 MTF, 고체 촬상 소자를 사용한 영상 장치의 광학계의 MTF에 따라 손실이 발생한다.

본 발명에서는 이와 같은 사항을 고려하여 다음과 같은 해상도 평가 시스템을 제안한다.

본 발명의 해상도 평가 시스템은 먼저, 광원(31)과 렌즈(33) 사이에 흑과 백이 N개 반복되는 테스트 이미지(32)와, 이 테스트 이미지(32)를 촬상하는 고체 촬상 소자(34)와, 오실로스코우프(36)를 이용하여 테스트 이미지(32)를 촬상한 고체촬상 소자(34)의 출력 신호를 처리하여 1H 구간의 신호를 출력하는 신호 처리부(35)와, 신호 처리부(35)에서의 1H 구간의 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부(37)와, A/D 변환되어진 데이터에서 보이는 주기성(테스트 이미지의 흑백 명암에 의해 발생하는)을 가지고 신호량의 주파수를 추출하는 연산 처리부(38)와, 연산 처리된 신호를 입력으로 하여 이론상 표현가능한 주파수와 실제 표현하는 주파수와의 차이를 해석하여 수평 전송 효율을 출력하는 수치화 데이터 출력부(39)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평가 회로의 소자 평가 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 테스트 이미지를 이용한 평가시의 출력 파형도이고, 도 5는 본 발명에 따른 해상도 평가 순서를 나타낸 플로우 차트이다.

본 발명의 고체 촬상 소자의 평가 회로를 이용하여 먼저, N TV 라인을 표시할 수 있는 고체 촬상 소자를 평가한다고 하면 테스트 이미지(32)를 (N/80)MHz의 주파수를 갖도록 구성한다.

예를들어, 380 TV 라인을 테스트 한다면 4.75MHz의 주파수를 갖는 패턴을 사용한다.

그리고 고체 촬상 소자의 출력의 감마값(조도 대 출력의 비)이 거의 1인 선형적인 영역을 나타내는 조도를 찾아 이때를 표준 촬상 조건으로 한다.

이와 같은 조건으로 촬상을하여 1H 구간의 신호를 얻어 이를 A/D 변환하여 데이터를 생성한다.

그리고 테스트 이미지(32)의 흑백 명암으로 인하여 갖게되는 데이터의 주기성을 가지고 신호량의 주파수(F2)를 추출한다.

이때, 입력 신호 즉, 테스트 이미지상에 표시되어진 패턴의 주파수가 F1이라면 F1과 F2의 비율로 이론상의 표현 가능 주파수에 대한 실제 표현 주파수와의 차이를 알 수 있다.

또한, A/D 변환되어진 데이터에서 획득한 신호량의 해석으로 수평전송효율을 알 수 있다.

즉, 제일 첫단의 백색 패턴에 대한 신호를 V1, 제일 끝단의 백색 패턴에 대한 신호를 V2라고 하면 V2 - V1 으로 구해지는 Δ값은 1H 구간의 데이터를 전송하는 동안에 발생하는 신호의 손실이라 할 수 있다.

그러므로 입력 신호 V1에 대한 전송 효율 ε = 1 - (Δ/V1)이 된다.

따라서, M(H) * N(V)의 구조를 갖는 고체 촬상 소자의 전송 효율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

1V → ε1 = 1 - (Δ1 / V1,1)

2V → ε2 = 1 - (Δ2 / V1,2)

:

NV → εN = 1 - (Δ / V1,N)

이 값들중에 최악의 경우를 고려하여 최소값을 찾아서 최종적인 전송 효율을 알아낸다.

이와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 평가 회로 및 평가 방법은 평가자가 육안으로 해상도를 평가하지않고 수치화되어 이를 이용하여 소자의 해상도를 평가하므로 평가자의 임의적인 판단을 배제 할 수 있다.

그러므로 평가의 정확도 및 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

또한, 출력 신호의 크기에 관계없이 평가를 할 수 있으므로 외부 영향을 최소화 할 수 있다.

Claims (5)

1. 광원과 렌즈 사이에 위치되어 일정 너비의 흑과 백의 라인이 N개 반복되는 테스트 이미지와,

   상기 테스트 이미지를 촬상하는 평가 대상의 고체 촬상 소자와,

   상기 고체 촬상 소자의 출력 신호를 처리하여 1H 구간의 신호를 출력하는 신호 처리부와,

   신호 처리부에서의 1H 구간의 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부와,

   A/D 변환 되어진 데이터에서 보이는 테스트 이미지의 흑백 명암에 의해 발생하는 주기성을 가지고 신호량의 주파수를 추출하는 연산 처리부와,

   연산 처리된 신호를 입력으로 하여 이론상 표현가능한 주파수와 실제 표현하는 주파수와의 차이를 해석하여 수평 전송 효율에 관한 데이터를 출력하는 수치화 데이터 출력부를 포함하여 구성되고, 테스트 이미지의 흑과 백이 반복되는 패턴이 N개라면 이에 의하여 생성되는 신호 변화의 전체사이클은 N/2이 되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 평가 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 신호 처리부에서 출력되는 1H 구간의 영상 신호의 한 사이클(T)는 T = 40㎲/(N/2)가 되고 주파수 f = (N/80)MH_Z가 되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 평가 회로.
3. 고체 촬상 소자의 해상도 평가에 있어서,

   일정 너비의 흑과 백의 라인이 N개 반복되는 테스트 이미지를 광원과 렌즈사이에 위치시키고 평가 대상 소자의 출력의 감마값이 거의 1인 선형적인 영역을 나타내는 조도를 찾아 표준 촬상 조건을 찾는 단계;

   표준 촬상 조건으로 테스트 이미지를 촬상하여 1H 구간의 신호를 얻어 이를 A/D 변환하여 데이터를 생성하는 단계;

   테스트 이미지의 흑백 명암으로 인하여 갖게되는 데이터의 주기성을 가지고 신호량의 주파수를 추출하는 단계;

   테스트 이미지상에 표시되어진 패턴의 주파수와 추출되어진 실제 표현 주파수와의 차이를 구하여 해상도를 수치적으로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 평가 방법.
4. 제 3 항에 있어서, A/D 변환되어진 데이터에서 획득한 신호량을 이용하여 데이터 전송 손실량()을 구하고 입력 신호 V1에 대한 전송 효율 ε = 1 - (/V1)을 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 평가 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 데이터 전송 손실량()은 테스트 이미지의 제일 첫단의 백색 패턴에 대한 신호를 V1, 제일 끝단의 백색 패턴에 대한 신호를 V2라고 하면 V2 - V1 으로 구하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 평가 방법.