KR100645964B1 - 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치 - Google Patents

확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100645964B1
KR100645964B1 KR1020040109165A KR20040109165A KR100645964B1 KR 100645964 B1 KR100645964 B1 KR 100645964B1 KR 1020040109165 A KR1020040109165 A KR 1020040109165A KR 20040109165 A KR20040109165 A KR 20040109165A KR 100645964 B1 KR100645964 B1 KR 100645964B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
image sensor
light intensity
optical limiter
input
Prior art date
Application number
KR1020040109165A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060070634A (ko
Inventor
김수영
김문철
김동환
최동범
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020040109165A priority Critical patent/KR100645964B1/ko
Priority to US11/273,015 priority patent/US20060132630A1/en
Priority to JP2005360727A priority patent/JP2006180482A/ja
Priority to EP05112310A priority patent/EP1675387A3/en
Priority to CNB2005101324598A priority patent/CN100456811C/zh
Publication of KR20060070634A publication Critical patent/KR20060070634A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100645964B1 publication Critical patent/KR100645964B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/741—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by increasing the dynamic range of the image compared to the dynamic range of the electronic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

비선형 특성을 갖는 광학 리미터(optical limiter)을 이용함으로써 이미지 센싱 소자의 동적 범위(dynamic range)가 확장되는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 장치 및 이를 이용한 촬상장치가 개시된다. 본 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 장치 장치는 소정 광세기(intensity) 이상에서 입력영상이 광세기에 대해 비선형 특성을 갖도록 변환하는 광학 리미터(optical limiter), 및 비선형 특성을 갖도록 변환된 입력영상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다. 이에 의해, 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는 영상이 출력되도록 하는 광학 리미터를 이미지 센서의 촬상면에 위치시킴으로써 이미지 센싱 소자의 동적 범위를 확장시킬 수 있다.
이미시 센싱 소자, 광학 리미터, 비선형, 동적 범위

Description

확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를 이용한 촬상장치{Image sensing device with wide dynamic range and apparatus using the same}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 나타낸 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용하는 촬상장치, 그리고
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센싱 소자에 의한 동적 범위의 확장을 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 렌즈 20: 광학 리미터
30: 이미지 센서 31: 마이크로 렌즈
33: 칼라 필터 35: 기판
40: 컨버터 50: 신호처리부
100: 이미지 센싱 소자
본 발명은 비선형 특성을 갖는 광학 리미터(optical limiter)을 이용함으로써 이미지 센싱 소자의 동적 범위(dynamic range)가 확장되는 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를 이용한 촬상장치에 관한 것이다.
동적범위는 이미지 센서의 성능을 결정짓는 항목 중 하나로, 얼마나 약한 광신호과 강한 광신호를 영상으로 처리해 낼 수 있느냐를 나타내는 지수이다. 즉, 화소의 신호 잡음 레벨에 대한 화소의 포화 레벨(saturation level)을 의미하며, 다음의 수학식으로 주어진다.
Figure 112004060162722-pat00001
여기서, D는 이미지 센서의 동적범위를 나타내며, Noise는 신호 잡음, Saturation-level은 화소의 포화 레벨을 나타낸다.
예를 들어, 이미지 센서에서 포화시 약 20만개의 전자를 검출하고, 잡음시 약 40개의 전자가 검출되면 동적 범위는 대략 5,000이고, dB은 약 -75dB 정도가 된다.
한편, 한 화면에 어두운 부분과 밝은 부분이 혼재해 있을 때 각각을 전부 구별하기 위해서는 입력광에 대한 노출 시간 조절할 수 있다. 그러나, 노출 시간 조절로 어두운 부분과 밝은 부분을 구별하는데는 한계가 있으므로 동적 범위를 넓히 는 것이 요구된다.
이미지 센서의 동적 범위를 향상시키는 방법으로는, 포화되는 시간을 출력하는 방식, 화소별로 노출 시간을 다르게 하는 방식, 신호 전하의 증가율을 출력하는 방식 등이 있다. 포화되는 시간을 출력하는 방식은 화소의 전하나 전압을 읽어내는 것이 아니라 노출 시간을 출력하는 방식이다.
이는 수광소자의 출력신호를 이미지 센서의 포토다이오드(photo diode) 전위가 정해진 문턱 전압, 즉 포화 상태에 도달하는 시점 또는 도달하기 직전의 시간을 A/D 변환기(Analog to Digital Converter) 대신에 비교기 회로를 사용해서 카운터를 통해 출력하는 방법이다. 즉 A/D 변환기 대신에 비교기 회로를 사용해서 언제 사전 결정된 문턱 전압에 도달하는지를 판정하여, 저장된 전하의 이산량을 판독해서 직접 디지털 표현으로 변환한다. 그러나, 이러한 방법은 비교기 회로를 필요로하는 문제점이 있다.
그리고, 화소별로 노출 시간을 다르게 하는 방식은 강한 빛이 조사되는 화소에서는 노출 시간을 짧게 하고, 어두운 영상 신호가 조사되는 화소에서는 노출 시간을 길게함으로써 신호 레벨을 유지함과 동시게 넓은 동적 범위를 구현할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 화소별로 노출 시간을 조절하기 위한 별도의 회로가 요구되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학 리미터를 이용하여 이미지 센서에 입력되는 영상이 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는 영상이 되도록 하여 이미지 센서의 동적 범위를 확장시키는 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를 이용한 촬상장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자는 소정 광세기(intensity) 이상에서 입력영상이 광세기에 대해 비선형 특성을 갖도록 변환하는 광학 리미터(optical limiter), 및 비선형 특성을 갖도록 변환된 입력영상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다.
바람직하게는 이미지 센서는, 입력되는 광을 집속시키는 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈로부터 입력되는 신호들 중에서 특정 색신호를 추출하는 칼라 필터, 및 추출된 색신호를 전기적 신호로 변환하는 기판을 포함한다.
또한, 바람직하게는 광학 리미터는, 이미지 센서의 촬상면으로부터 소정 거리로 이격되어 위치한다.
또는 광학 리미터는, 이미지 센서의 촬상면 상부에 증착된다.
여기서, 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 중 어느 하나이다.
이때, 소정 광세기는 광학 리미터가 존재하지 않을 경우의 이미지 센서의 포화 출력값을 갖는 광세기 보다 작은 광세기이다.
한편, 본 발명의 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센서를 이용하는 촬상장치는 소정 광세기(intensity) 이상에서 입력영상을 비선형 특성을 갖는 영상으로 출력하는 광학 리미터(optical limiter), 광학 리미터에서 출력되는 영상을 광전변환 하는 이미지 센서, 광전변환된 입력영상을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 변환부, 및 변환된 영상이 디스플레이될 수 있도록 신호처리하는 신호처리부를 포함한다.
바람직하게는 이미지 센서는, 입력되는 광을 집속시키는 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈로부터 입력되는 신호들 중에서 특정 색신호를 추출하는 칼라 렌즈, 및 추출된 색신호를 전기적 신호로 변환하는 기판을 포함한다.
또한, 바람직하게는 광학 리미터는, 이미지 센서의 촬상면으로부터 소정 거리로 이격되어 위치한다.
또는 광학 리미터는, 이미지 센서의 촬상면에 증착된다.
여기서, 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 중 어느 하나이다.
이때, 소정 광세기는 광학 리미터가 존재하지 않을 경우의 이미지 센서의 포화 출력값을 갖는 광세기 보다 작은 광세기이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자(100)는 광학 리미터(20) 및 이미지 센서(30)를 구비한다.
먼저, 광학 리미터(20)는 렌즈(10)를 투과한 입력영상을 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는 영상으로 변환하여 이미지 센서(30)로 출력한다. 이때, 광학 리미 터(20) 는 이미지 센서(30)의 촬상면으로부터 소정 거리로 이격되어 형성된다. 여기서, 소정 거리는 도 1에 도시한 바와 같이 렌즈(10)를 통과한 모든 입력영상이 광학 리미터(20)를 통과한 후에 이미지 센서(30)에 입력될 수 있는 거리이다. 광학 리미터(20)가 이미지 센서(30)의 촬상면으로부터 소정 거리 이상 이격되어 형성될 경우, 광학 리미터(20)를 통과하는 일부 영상이 산란(scattering)되어 이미지 센서(30)로 입력되지 않음으로써 영상의 소실이 발생할 수 있기 때문이다.
이 광학 리미터(20)는 광세기에 대해 비선형 특성을 갖도록 영상을 출력하여 광학 리미터(20)의 출력을 입력받는 이미지 센서(30)가 비선형 특성을 갖는 영상을 출력할 수 있도록 한다. 따라서, 광학 리미터(20)는 이미지 센서(30)가 광세기에 대해 선형특성을 갖음으로써 소정 광세기 이상을 갖는 영상들을 동일한 밝기의 영상으로 출력하여 해상도(resolution)가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 광학 리미터(20)는 출력 밝기 강도가 포화되는 입력 광세기의 대역을 넓혀준다.
이미지 센서(30)는 광학 리미터(20)를 통과한 비선형 특성을 갖는 영상을 입력받으며, 입력된 영상을 전기적 신호로 변환한다. 여기서, 이미지 센서(30)는 구체적으로 마이크로 렌즈(micro lens), 칼라 필터(color filter), 및 기판(substrate)을 포함한다.
마이크로 렌즈는 화소 이외의 영역에 입력되는 광신호를 수신하기 위해 입력되는 광을 화소로 집광하여 광효율을 높여 준다. 칼라 필터는 마이크로 렌즈로부터 입력되는 신호들 중에서 특정 색신호를 추출한다. 그리고, 기판은 포토다이오드(photodiode) 및 전송전극을 포함하며, 칼라 필터로부터 입력되는 신호를 광전변환 한 후 변환된 전기적 신호를 외부로 전달한다.
여기서, 이미지 센서(30)는 입력되는 광에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스(gate pulse)를 이용해서 출력부까지 이동시키는 CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서, 입력되는 광에 의해 발생한 전자를 각 화소 내에서 전압으로 변환한 후 다수의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 스위치를 통해 출력하는 CMOS형 이미지 센서 등이 될 수 있다.
그리고, 이미지 센서(30)는 광세기에 따라 전하를 축척하며, 축척되는 전하량에 해당하는 전압을 출력하여 영상의 밝기가 결정되도록 한다. 그러나, 이미지 센서(30)는 일정 광세기 이상의 전하를 축적할 수 없으므로 일정 광세기 이상의 광세기에 대해서는 동일한 영상의 밝기로 결정된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자(100)를 나타낸 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 경우와 달리 광학 리미터(20)가 이미지 센서(30)의 촬상면에 증착된 경우를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 이미지 센싱 소자(100)는 이미지 센서(30) 및 이미지 센서(30)의 촬상면에 형성되는 광학 리미터(20)를 구비한다. 여기서, 이미지 센서(30)는 마이크로 렌즈(31), 칼라 필터(33), 및 기판(35)을 포함한다.
이때, 도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 이미지 센싱 소자(100) 촬상면 상부에 글라스(glass)가 형성되지 않은 경우의 사시도 및 단면도이나, 광학 리미터(20) 상부에 글라스가 형성가 될 수 있다. 즉, 이미지 센서(30) 및 글라스 사이에 광학 리미터(20)가 형성될 수 있다. 여기서, 글라스는 이미지 센싱 소자(100)의 광효율을 높이기 위한 것으로 픽셀 단위로 구성된다.
그리고, 이미지 센서(30)의 마이크로 렌즈(31), 칼라 필터(33), 및 기판(35)의 동작은 도 1을 참조하여 상술한 바와 같다. 즉, 마이크로 렌즈(31)는 화소 이외의 영역에 입력되는 광신호를 수신하기 위해 입력되는 광을 화소로 집광하여 광효율을 높여 주며, 칼라 필터(33)는 마이크로 렌즈(31)로부터 입력되는 신호들 중에서 특정 색신호를 추출한다. 그리고, 기판(35)은 포토다이오드(photodiode) 및 전송전극을 포함하며, 칼라 필터(33)로부터 입력되는 신호를 광전변환한 후 변환된 전기적 신호를 외부로 전달하는 동작을 수행한다.
광학 리미터(20)는 이미지 센서(30)의 마이크로 렌즈(31) 상부에 형성되며, 광학 리미터(20)를 마이크로 렌즈(31) 상부에 코팅(coating)함으로써 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용하는 촬상장치이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 센싱 소자를 이용하는 촬상장치는 렌즈(10), 광학 리미터(20), 이미지 센서(30), 컨버터(converter)(40), 및 신호처리부(50)를 구비한다. 여기서, 광학 리미터(20) 및 이미지 센서(30)는 이미지 센싱 소자(100)를 구성한다.
먼저, 렌즈(10)는 입력되는 광을 집속하여 광학 리미터(20)로 출력한다.
광학 리미터(20)는 렌즈(10)로부터 입력되는 입력영상을 광세기에 대해 비선 형 특성을 갖도록 출력한다. 따라서, 광학 리미터(20)의 출력영상이 입력되는 이미지 센서(30)의 출력값을 광세기 대해 비선형 특성을 갖도록 한다.
이때, 광학 리미터(20)는 이미지 센서(30)의 촬상면 상부에 위치하며, 이미지 센서(30)의 촬상면으로부터 소정거리로 이격되어 형성되거나 이미지 센서(30)의 촬상면에 증착된다. 여기서, 소정거리는 렌즈(10)를 통과한 모든 입력영상이 광학 리미터(20)를 통과한 후에 이미지 센서(30)에 입력될 수 있는 거리이다. 광학 리미터(20)가 이미지 센서(30)와 소정 거리 이상 이격되어 형성될 경우, 광학 리미터(20)를 통과하는 영상이 산란(scattering)되어 이미지 센서(30)로 입력되지 않음으로써 영상의 소실이 발생할 수 있기 때문이다.
이미지 센서(30)는 광학 리미터(20)로부터 입력되는 영상을 전기적 신호로 변환한다. 즉, 이미지 센서(30)는 이미지 센서(30)에 입사한 광세기에 비례하여 생성되는 신호 전하를 아날로그 전압으로 검출한다. 이때, 이미지 센서(30)는 선형 특성을 갖는 소자이므로 광학 리미터(20)로 입력되는 광세기 대해 비선형 특성을 갖는 입력영상을 비선형을 특성을 갖는 영상으로 출력한다.
여기서, 이미지 센서(30)의 출력값은 소정 광세기 이상에서 광세기 대해 비선형 특성을 갖도록 출력되는 값이다. 즉, 소정 광세기 이하에서는 광학 리미터(20)를 이미지 센서(30)의 촬상면 상부에 위치시키지 않는 경우와 같이 이미지 센서(30)의 출력값이 광세기에 대해 선형 특성을 갖는다. 이때, 소정 광세기는 광학 리미터(20)를 이미지 센서(30)의 촬상면 상부에 위치시키지 않은 경우에 포화 출력값을 갖는 입력 광세기 보다 낮은 광세기이다.
이는 광학 리미터(20)를 이용하지 않은 경우의 포화 출력값을 갖는 입력 광세기 보다 작은 광세기에서부터 이미지 센서(30)의 출력값이 비선형 특성을 갖음으로써, 광학 리미터(20)를 이용하는 경우의 포화 출력값을 갖는 입력 광세기가 광학 리미터(20)를 이용하지 않은 경우의 포화 출력값을 갖는 입력 광세기 보다 증가하기 때문이다.
그리고, 이미지 센서(30)는 도 1 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 상술한 바와 같이 이미지 센서(30)는 마이크로 센서(31), 칼라 필터(33), 기판(35)를 포함한다.
컨버터(40)는 이미지 센서(30)에서 변환되어 입력되는 전기적 신호를 디지털 신호를 변환한다. 즉, 이 컨버터(40)는 A/D컨버터(Analog to Digital Converter)이다.
신호처리부(50)는 컨버터(40)에서 입력되는 영상을 디스플레이할 수 있도록 신호처리한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센싱 소자(100)에 의한 동적 범위의 확장을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 4의 가로축은 이미지 센싱 소자(100)에 입력되는 광세기이며, 세로축은 이미지 센서(30)의 출력값이다. 그리고, Ⅰ은 광학 리미터(20)를 이용하지 않은 경우의 이미지 센서(30)의 출력값을 나타낸 그래프이며, Ⅱ는 광학 리미터(20)를 이용한 경우의 이미지 센서(30)의 출력값을 나타낸 그래프이다.
이때, Isat는 이미지 센서(30)의 포화 출력값이며, ICCD는 광학 리미터(20)를 이용하지 않는 경우의 포화 출력값을 갖는 광세기 중 최소 광세기, IOL은 광학 리미터(20)를 이용하는 경우의 포화 출력값을 갖는 광세기를 나타내는 값이다.
그리고, A는 광학 리미터(30)를 이용하는 경우의 그래프(Ⅰ)에서 이미지 센서(30)의 출력값이 광세기에 대해 선형 특성을 갖는 영역이며, B는 비선형 특성을 갖는 영역이다. D는 광학 리미터(30)의 사용으로 이미지 센서(30)의 출력값이 광세기 대해 비선형 특성을 갖게 됨으로써 동적 범위가 확장되는 것을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 광학 리미터(20)를 사용하지 않은 경우의 그래프(Ⅰ)에서 이미지 센서(30)의 출력값은 포화 출력값을 갖는 광세기(ICCD)까지는 광세기에 대해 선형 특성을 나타내며, 포화 출력값을 갖는 광세기(ICCD) 이상에서는 포화 광세기(ICCD)의 출력값과 동일한 포화 출력값을 갖는다.
반면, 광학 리미터(20)를 사용하는 경우의 그래프(Ⅱ)에서 이미지 센서(30)의 출력값은 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는다. 이때, 광세기에 대해 비선형 특성 갖는 이미지 센서(30)의 출력값은 소정 광세기 이상에서 나타난다. 즉, 소정 광세기 이하에서는 즉, A구간에서는 광학 리미터(20)를 이미지 센서(30)의 촬상면 상부에 위치시키지 않는 경우와 같이 이미지 센서(30)의 출력값이 광세기에 대해 선형 특성을 갖는다.
그리고, 소정 광세기 이상에서는 즉, B구간에서는 광학 리미터(20)를 이미지 센서(30)의 촬상면 상부에 위치시키지 않는 경우와 달리 이미지 센서(30)의 출력값이 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는다. 비선형 특성을 갖는 구간에서는 선형 특성을 갖는 구간에 비해 광세기 대해 출력값의 증가율을 감소한다.
따라서, 광학 리미터(20)를 이용하는 경우의 그래프(Ⅱ)에서 포화 출력값을 갖는 광세기(IOL)는, 광학 리미터(20)를 이용하지 않는 경우의 그래프(Ⅰ)에서 포화 출력값을 갖는 광세기(ICCD) 보다 크다. 그리고, 광학 리미터(20)를 사용하는 경우(Ⅱ), ICCD 보다 큰 값을 갖는 광세기에서의 출력값이 ICCD의 출력값과 동일한 출력값을 갖는 것이 아니라, ICCD의 출력값 보다 작은 값을 갖는다.
따라서, 광학 리미터(20)를 이용하지 않는 경우의 포화 출력값을 갖는 광세기(ICCD)에서부터 출력값이 비선형적으로 증가하면서, 광학 리미터(20)를 이용하는 경우의 포화 출력값을 갖는 IOL에서 출력값이 광학 리미터(20)를 이용하지 않는 경우(Ⅰ)의 포화 광세기(ICCD)의 출력값과 동일하게 된다. 즉, 이미지 센서(30)의 출력값은 다음의 수학식과 같다.
Figure 112004060162722-pat00002
Figure 112004060162722-pat00003
여기서, 수학식2의 fCCD는 광학 리미터(20)가 사용되지 않은 경우의 출력 특성을 나타내며, 수학식3의 fOL-CCD은 광학 리미터(20)가 사용된 경우의 출력 특성을 나타낸다.
수학식2이 나타내는 바와 같이, 광학 리미터(20)가 사용되지 않은 경우에는 포화 출력값을 갖는 광세기인 ICCD 및 IOL에서의 출력값은 Isat로 동일하다. 그러나, 수학식3이 나타내는 바와 같이, 광학 리미터(20)가 사용된 경우에 포화 출력값을 갖는 광세기인 ICCD 의 출력값은 IOL의 출력값 보다 작다. 즉, IOL의 출력값은 광학 리미터(20)를 사용하지 않은 경우의 ICCD의 출력값과 동일하나, ICCD 의 출력값은 I OL의 출력값 보다 작은 값으로 아직 출력값이 포화되지 않은 상태이다.
따라서, 광학 리미터(20)를 사용하는 경우에 있어서, 광학 리미터(20)를 사용하지 않을 때의 포화 출력값을 갖는 광세기(ICCD)에서부터 광학 리미터(20)를 사용할 때 포화 출력값을 갖는 광세기(IOL) 사이의 광세기 구간(D)의 경우, 광학 리미터(20)를 사용함으로써 이미지 센서(30)의 출력값이 상이하게 된다.
D구간에서 광세기에 대한 이미지 센서(30)의 출력값이 상이함으로써 D구간에서의 광세기에 대해서도 상이한 영상의 밝기를 디스플레이할 수 있게 된다. 즉, 얼마나 약한 광신호과 강한 광신호를 영상으로 처리해 낼 수 있느냐를 나타내는 지수인 이미지 센싱 소자(100)의 동적 범위가 확장된다.
이때, 광학 리미터(20)는 입력되는 광세기에 대해여 그 출력의 변화율이 감 소하는 비선형 특성 구간은, 광학 리미터(20)를 구비하지 않는 경우의 이미지 센싱 소자(100)가 포화를 일으키는 광세기 레벨인 포화 출력값을 갖는 광세기(ICCD )를 포함하여야 한다. 즉, 광학 리미터(20)를 이용하지 않는 경우의 포화 출력값을 갖는 광세기 ICCD 보다 작은 값에서부터 비선형 특성이 나타나기 시작하여야 한다. 이는 광학 리미터(20)를 이용하는 경우, 비선형 특성이 나타내는 B구간 시작점의 광세기가 ICCD 보다 작아야 ICCD 의 출력값이 Isat보다 작은 값을 갖게 되며, ICCD보다 큰 광세기인 IOL에서 포화가 일어나서 동적 범위가 확장될 수 있기 때문이다.
한편, 이미지 센싱 소자(100)의 확장되는 동적 범위는 다음의 수학식과 같다.
Figure 112004060162722-pat00004
여기서, DR는 동적범위의 확장률을 나타낸다. 그리고, ICCD 는 광학 리미터(20)가 사용되지 않은 경우의 포화 출력값을 갖는 광세기를 나타내며, IOL은 광학 리미터(20)가 사용된 경우의 포화 출력값을 갖는 광세기를 나타낸다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는 영상이 출력되도록 하는 광학 리미터를 이미지 센서의 촬상면에 위치시킴으로써 이미지 센싱 소자의 동적 범위를 확장시킬 수 있다.
또한, 광세기에 대해 비선형 특성을 갖는 물질인 광학 리미터를 이용하여 이미지 센싱 소자의 동적 범위를 확장시킴으로써, 별도의 장치없이 용이하게 이미지 센싱 소자의 동적 범위를 확장시킬 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 소정 광세기(intensity) 이상에서 입력영상이 광세기에 대해 비선형 특성을 갖도록 변환하는 광학 리미터(optical limiter); 및
    상기 비선형 특성을 갖도록 변환된 입력영상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하고,
    상기 광학 리미터는, 상기 이미지 센서의 촬상면 상부에 증착되는 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    입력되는 광을 집속시키는 마이크로 렌즈;
    상기 마이크로 렌즈로부터 입력되는 신호들 중에서 특정 색신호를 추출하는 칼라 필터; 및
    상기 추출된 색신호를 상기 전기적 신호로 변환하는 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 리미터는, 상기 이미지 센서의 촬상면으로부터 소정 거리로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소정 광세기는 상기 광학 리미터가 존재하지 않을 경우의 상기 이미지 센서의 포화 출력값을 갖는 광세기 보다 작은 광세기인 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자.
  7. 소정 광세기(intensity) 이상에서 입력영상을 비선형 특성을 갖는 영상으로 출력하는 광학 리미터(optical limiter);
    상기 광학 리미터에서 출력되는 영상을 광전변환하는 이미지 센서;
    상기 광전변환된 입력영상을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 변환부; 및
    상기 변환된 영상이 디스플레이될 수 있도록 신호처리하는 신호처리부;를 포함하고,
    상기 광학 리미터는, 상기 이미지 센서의 촬상면에 증착되는 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용한 촬상장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    입력되는 광을 집속시키는 마이크로 렌즈;
    상기 마이크로 렌즈로부터 입력되는 신호들 중에서 특정 색신호를 추출하는 칼라 렌즈; 및
    상기 추출된 색신호를 전기적 신호로 변환하는 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용한 촬상장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광학 리미터는, 상기 이미지 센서의 촬상면으로부터 소정 거리로 이격 되어 위치하는 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용한 촬상장치.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용한 촬상장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 소정 광세기는 상기 광학 리미터가 존재하지 않을 경우의 상기 이미지 센서의 포화 출력값을 갖는 광세기 보다 작은 광세기인 것을 특징으로 하는 확대된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자를 이용한 촬상장치.
KR1020040109165A 2004-12-21 2004-12-21 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치 KR100645964B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040109165A KR100645964B1 (ko) 2004-12-21 2004-12-21 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치
US11/273,015 US20060132630A1 (en) 2004-12-21 2005-11-15 Image sensing device with wide dynamic range and image pickup apparatus using the same
JP2005360727A JP2006180482A (ja) 2004-12-21 2005-12-14 拡張された動的範囲を有するイメージセンシング素子およびそれを用いた撮像装置
EP05112310A EP1675387A3 (en) 2004-12-21 2005-12-16 Image sensing device
CNB2005101324598A CN100456811C (zh) 2004-12-21 2005-12-21 具有宽动态范围的图像感应装置和使用其的图像拾取设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040109165A KR100645964B1 (ko) 2004-12-21 2004-12-21 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060070634A KR20060070634A (ko) 2006-06-26
KR100645964B1 true KR100645964B1 (ko) 2006-11-14

Family

ID=36007354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040109165A KR100645964B1 (ko) 2004-12-21 2004-12-21 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20060132630A1 (ko)
EP (1) EP1675387A3 (ko)
JP (1) JP2006180482A (ko)
KR (1) KR100645964B1 (ko)
CN (1) CN100456811C (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200924692A (en) * 2007-12-12 2009-06-16 Altek Corp Micro sensor and its manufacturing method
CN102111534B (zh) * 2009-12-25 2013-01-23 财团法人工业技术研究院 建构高动态范围图像的系统及方法
US9838628B2 (en) * 2016-03-16 2017-12-05 Sony Corporation Detecting quantities beyond sensor saturation
CN106961550B (zh) * 2017-03-07 2020-02-14 浙江大华技术股份有限公司 一种摄像状态的切换方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990000469A (ko) * 1997-06-05 1999-01-15 윤종용 고체 촬상 소자의 입력 영상의 다이나믹 레인지 확대 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0280928A (ja) * 1988-09-16 1990-03-22 Seiko Instr Inc 赤外線イメージセンサ
JPH02210321A (ja) * 1988-10-05 1990-08-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 表示装置
US5917568A (en) * 1994-07-08 1999-06-29 The Regents Of The University Of Colorado Adaptive attenuating spatial light modulator
US6388709B1 (en) * 1995-04-21 2002-05-14 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing apparatus with optical modulation elements having transmission characteristics controllable by pixel
KR100198650B1 (ko) * 1996-06-29 1999-06-15 구본준 고체 촬상 장치
JP2001527372A (ja) * 1997-12-31 2001-12-25 ジェンテクス・コーポレーション 車両視覚システム
US20030103151A1 (en) * 2001-12-03 2003-06-05 Xiaodong Luo Image sensor having photosensitive color filters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990000469A (ko) * 1997-06-05 1999-01-15 윤종용 고체 촬상 소자의 입력 영상의 다이나믹 레인지 확대 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060070634A (ko) 2006-06-26
JP2006180482A (ja) 2006-07-06
CN100456811C (zh) 2009-01-28
EP1675387A3 (en) 2007-12-05
CN1794794A (zh) 2006-06-28
EP1675387A2 (en) 2006-06-28
US20060132630A1 (en) 2006-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100659443B1 (ko) Ｘ-ｙ 어드레스가능 ｍｏｓ 화상 형성 장치 사용 방법, 화상 감지용 제품 및 ｘ-ｙ 어드레스가능 ｍｏｓ 화상 형성 장치 시스템
US10250828B1 (en) Global shutter image sensor with anti-blooming pixel and knee point self-calibration
KR100814211B1 (ko) 반도체 기반형 ｘ-ｙ 어드레싱 가능 이미저 및 반도체 기반형 ｘ-ｙ 어드레싱 가능 ｍｏｓ 이미저
US20110221943A1 (en) Solid image pickup device, image pickup system and method of driving solid image pickup device
US20090309999A1 (en) Solid-state image sensor and signal processing method of same
EP0905787A2 (en) Solid state image pickup device and driving method therefor
US8063963B2 (en) Imaging device having a pixel structure with high dynamic range read-out signal
US20050128329A1 (en) Technique for flagging oversaturated pixels
US6777661B2 (en) Interlined charge-coupled device having an extended dynamic range
US9749566B2 (en) Imaging device and electronic device
KR100645964B1 (ko) 확장된 동적 범위를 갖는 이미지 센싱 소자 및 이를이용한 촬상장치
US7106373B1 (en) Method for increasing dynamic range of a pixel by multiple incomplete reset
US20230239591A1 (en) Image sensor, image capturing device and capacitance device
CN113542634B (zh) 高动态范围图像传感器像素电路及其工作方法
CN215682442U (zh) 高动态范围图像传感器像素电路
KR100646867B1 (ko) 비선형 영상을 보정하는 촬상장치 및 그 방법
KR20090117230A (ko) 고체 촬상 소자의 픽셀 회로 및 구동 방법
JP2007174032A (ja) 撮像装置
EP4102819A1 (en) Imaging device and image processing method
KR100205314B1 (ko) 고체 촬상 소자
KR100783791B1 (ko) 넓은 동적범위를 갖는 이미지센서
CN115942135A (zh) 用于cmos的提高动态范围装置、方法及光子统计方法
KR0156163B1 (ko) 안티-블루밍 바이어스 조정장치
EP2037675B1 (en) Sensor apparatus
CN116114264A (zh) 图像处理管道、图像处理方法、摄像头组件和电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20041221

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20060523

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20060925

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20061107

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20061108

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20091029

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20101028

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20111028

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121030

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20121030

Start annual number: 7

End annual number: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131030

Year of fee payment: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20131030

Start annual number: 8

End annual number: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20151009