KR100843621B1 - 3차원 입체영상 재현용 전하결합소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 영상기록매체의 전하결합소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 전하결합소자보다 더욱 선명하고 실제에 가까운 입체감 있는 영상을 구현할 수 있도록 개선된 입체영상획득이 가능한 전하결합소자에 관한 것이다. 본 발명에서는 디지털 영상을 획득하기 위하여 디지털 영상기록매체에 내장되는 전하결합소자에 있어서, 상면이 개방되어 개구부를 이루며 외측면에는 외부소자와의 정보전달을 위한 칩핀이 마련되는 본체, 상기 본체 내부의 저면에 위치하며 빛에 반응하는 실리콘 영상 다이오드소자 및 상기 본체의 개구부를 덮는 것으로서 일정한 비율의 폭을 가지는 투명부와 불투명부가 교대로 반복하여 배열된 슬릿트판을 포함하여 구성되는 것으로서, 렌즈를 통과한 2차원의 영상광이 상기 슬릿트판의 투명부를 통과함으로써 형성되는 3차원 입체영상정보를 상기 실리콘 영상다이오드 소자에 기록하는 것을 특징으로 하는 입체영상획득용 전하결합소자를 제공한다.
2차원 영상광, 3차원 입체영상정보, 직진영역, 전하결합소자, 본체, 칩핀, 슬릿트판, 투명부, 불투명부, 실리콘 영상 다이오드소자, 회절광의 교차
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 디지털 영상기록매체에 내장되는 통상적인 전하결합소자의 종단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 영상기록매체용 전하결합소자의 종단면도.
도 3은 본 발명의 전하결합소자에 3차원 입체영상정보가 기록되는 원리를 설명하기 위한 광분해도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 거리가 최적화되지 않은 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 분해도.
도 6은 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 간격이 최적화된 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 광분해도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 렌즈 2: 2차원 영상정보
3: 슬릿트판 4: 투명부
5: 불투명부 6: 실리콘 영상 다이오드소자
7: 본체 8: 상형성거리
12: 직진영역 13: 상형성 최적거리
14: 칩핀 15: 회절광
20: 회절광 교차점 21: 백색선
22: 흑색선 100: 전하결합소자
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 영상기록매체용 전하결합소자의 종단면도.
도 3은 본 발명의 전하결합소자에 3차원 입체영상정보가 기록되는 원리를 설명하기 위한 광분해도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 거리가 최적화되지 않은 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 분해도.
도 6은 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 간격이 최적화된 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 광분해도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 렌즈 2: 2차원 영상정보
3: 슬릿트판 4: 투명부
5: 불투명부 6: 실리콘 영상 다이오드소자
7: 본체 8: 상형성거리
12: 직진영역 13: 상형성 최적거리
14: 칩핀 15: 회절광
20: 회절광 교차점 21: 백색선
22: 흑색선 100: 전하결합소자
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본 발명은 디지털 영상기록매체내에 장착되는 전하결합소자에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 투명부와 불투명부가 일정한 폭의 비율로 교번하여 배열된 슬릿트판을 구비한 입체영상기록용 전하결합소자에 관한 것이다.
일반적으로 입체영상을 재현하기 위해선 좌우의 입사광이 종횡으로 구성된 편광고글을 사용하여 편광으로 촬영된 영상을 보거나 슬릿의 잔상이 실려진 필름으로 인화된 사진 상판에 렌티큘라 판(lenticular screen)을 부착하거나 복수의 렌즈에 미세한 각도를 주어 촬영한 필름을 현상한 후 합성해서 인화하여 사진의 표면에 렌티큘라 판을 부착하여 입체영상으로 재현하였다. 그러나 렌티큘라 렌즈의 pitch 와 사진에 있는 합성정보 pitch에 따라 렌티큘라 판을 만들어야 하므로 고가의 비용과 오랜 시간이 걸리는 등 효율성이 없으며 현재 3D영상은 컴퓨터 그래픽 애니메이션용 소프트웨어를 통해 만들어지는 평면영상이고 3차원 입체영상은 모니터나 스크린상에서 사물이 위치한 점진적 깊이(depth)와 실체(Reality)를 현실공간과 동일하게 느낄 수 있는 전혀 다른 영상이다.
일반적으로 입체영상을 재현하기 위해선 좌우의 입사광이 종횡으로 구성된 편광고글을 사용하여 편광으로 촬영된 영상을 보거나 슬릿의 잔상이 실려진 필름으로 인화된 사진 상판에 렌티큘라 판(lenticular screen)을 부착하거나 복수의 렌즈에 미세한 각도를 주어 촬영한 필름을 현상한 후 합성해서 인화하여 사진의 표면에 렌티큘라 판을 부착하여 입체영상으로 재현하였다. 그러나 렌티큘라 렌즈의 pitch 와 사진에 있는 합성정보 pitch에 따라 렌티큘라 판을 만들어야 하므로 고가의 비용과 오랜 시간이 걸리는 등 효율성이 없으며 현재 3D영상은 컴퓨터 그래픽 애니메이션용 소프트웨어를 통해 만들어지는 평면영상이고 3차원 입체영상은 모니터나 스크린상에서 사물이 위치한 점진적 깊이(depth)와 실체(Reality)를 현실공간과 동일하게 느낄 수 있는 전혀 다른 영상이다.
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하지만, 본 발명의 "3차원의 입체영상 재현용 전하결합소자"는 실질적 입체영상의 광학적 정보를 본 발명의 전하결합소자에 연결되는 영상기억 매체인 메모리 카드나 녹화용 테이프, Compact Disc 에 바로 저장 할 수 있도록 한 것이다. 따라서 컴퓨터 그래픽소프트웨어 없이도 입체영상을 재현할 수 있으므로 기존의 디지털 영상 기록 매체인 메카닉 생산공정 보다 간편하게 할 수 있고 피사체의 실질적인 입체감,원근감 및 질감 등을 보다 자연스럽게 표현하는 3차원 입체영상의 재현을 가능케 하는 것이다. 본 출원인이 대한민국 특허청에 출원하여 등록받은 등록특허 제423124호 "입체영상시스템"은 한개의 렌즈가 장착된 카메라로 한번의 셔터작동으로 사물이 가진 입체성을 자연스럽게 필름에 동영상(영화)이나 정지 영상(사진)으로 기록할 수 있으나 필름을 현상해야 하므로 영상물로 재현하기까지 디지털 기술에 비해 오랜 시간과 많은 비용이 소요된다.
하지만 "3차원의 입체영상 재현용 전하결합소자"의 기술은 현재 디지털에 입각한 디지털카메라, 캠코더는 물론이고 모든 디지털 영상기록 매체에 적용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 디지털 영상기록매체에 내장되는 통상적인 전하결합소자의 종단면도이다. 종래의 전하결합소자는 크게 본체(27), 본체의 외주연부에 장착되어 CPU 등의 외부소자와의 정보전달을 위한 칩핀(24), 상기 본체의 내부 저면부에 마련되는 것으로서 외부로부터 입력된 빛에 해당하는 영상정보를 전하로 축적하는 실리콘 영상다이오드(26) 및 상기 본체의 상부에 위치하는 투명유리판(23)으로 구성된다. 도 1b는 단지 도 1a에서 본체 상부에 덮인 투명 유리판을 제거한 상태를 보여주는 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 디지털 영상기록매체에 내장되는 통상적인 전하결합소자의 종단면도이다. 종래의 전하결합소자는 크게 본체(27), 본체의 외주연부에 장착되어 CPU 등의 외부소자와의 정보전달을 위한 칩핀(24), 상기 본체의 내부 저면부에 마련되는 것으로서 외부로부터 입력된 빛에 해당하는 영상정보를 전하로 축적하는 실리콘 영상다이오드(26) 및 상기 본체의 상부에 위치하는 투명유리판(23)으로 구성된다. 도 1b는 단지 도 1a에서 본체 상부에 덮인 투명 유리판을 제거한 상태를 보여주는 것이다.
본 발명의 목적은 종래의 전하결합소자의 상부에 일정한 폭의 비율을 가지는 투명부와 불투명부가 교대로 형성되는 슬릿트판이 구비된 전하결합소자를 제공함으로써 디지털 카메라, 디지털 캠코더 등의 각종 디지털 영상장치 등에서 손쉽게 선명하고 입체감 있는 영상이미지를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 것으로 본 발명에서는, 디지털 영상을 획득하기 위하여 디지털 영상기록매체에 내장되는 전하결합소자에 있어서, 상면이 개방되어 개구부를 이루며 외측면에는 외부소자와의 정보전달을 위한 칩핀이 마련되는 본체, 상기 본체 내부의 저면에 위치하며 빛에 반응하는 실리콘 영상 다이오드소자 및 상기 본체의 개구부를 덮는 것으로서 일정한 비율의 폭을 가지는 투명부와 불투명부가 교대로 반복하여 배열된 슬릿트판을 포함하여 구성되는 것으로서, 렌즈를 통과한 2차원의 영상광이 상기 슬릿트판의 투명부를 통과함으로써 형성되는 3차원 입체영상정보를 상기 실리콘 영상 다이오드소자에 기록하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체영상 재현용 전하결합소자가 제공된다.
여기서, 상기 슬릿트판 상의 인접한 투명부를 통과한 회절광의 교차점이 상기 실리콘 영상 다이오드소자의 상 기록면에 위치하도록 상기 슬릿트판과 상기 실리콘 영상 다이오드소자간의 거리가 최적화된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 구성과 작동원리를 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 영상기록매체용 전하결합소자의 종단면도이다. 본 발명의 전하결합소자(100)는 크게 본체(7), 상기 본체의 외측면에 마련되어 CPU 등의 외부소자와 정보를 전달하기 위한 칩핀(14), 본체 상부에 설치되는 슬릿트판(3) 및 본체 내부의 저면부에 마련되는 실리콘 영상 다이오드소자(6)로 구성된다. 상기 슬릿트판(3)은 피사체에 대하여 세로로 된 투명부(4)와 불투명부(5)가 일정한 비율의 폭을 가지고 교대로 반복형성된 것으로서 피사체로부터 반사된 빛이 렌즈(1)를 통과하여 투명부(4)를 지나면서 미세하게 분할되어 미세한 실리콘 영상다이오드에 3차원 입체영상정보를 기록하기 위한 것이다.
여기서, 상기 슬릿트판 상의 인접한 투명부를 통과한 회절광의 교차점이 상기 실리콘 영상 다이오드소자의 상 기록면에 위치하도록 상기 슬릿트판과 상기 실리콘 영상 다이오드소자간의 거리가 최적화된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 구성과 작동원리를 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 영상기록매체용 전하결합소자의 종단면도이다. 본 발명의 전하결합소자(100)는 크게 본체(7), 상기 본체의 외측면에 마련되어 CPU 등의 외부소자와 정보를 전달하기 위한 칩핀(14), 본체 상부에 설치되는 슬릿트판(3) 및 본체 내부의 저면부에 마련되는 실리콘 영상 다이오드소자(6)로 구성된다. 상기 슬릿트판(3)은 피사체에 대하여 세로로 된 투명부(4)와 불투명부(5)가 일정한 비율의 폭을 가지고 교대로 반복형성된 것으로서 피사체로부터 반사된 빛이 렌즈(1)를 통과하여 투명부(4)를 지나면서 미세하게 분할되어 미세한 실리콘 영상다이오드에 3차원 입체영상정보를 기록하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 전하결합소자에 3차원 입체영상정보가 기록되는 원리를 설명하기 위한 광분해도이다. 도시한 바와 같이 피사체(미도시)에서 발하는 반사광이 렌즈(1)를 통해 집속되어 2차원 영상정보(2)로 변환된 것이 전하결합소자(100)의 상부에 부착된 스릿트판(3)의 투명부(4)를 통과할 때 미세하게 분할된다. 이후 미세하게 분할된 빛이 다수의 투명부(4)를 통과 직후 빛의 직진영역(12)에서 3차원의 입체영상광 정보를 형성하며 3차원 입체영상 회절광(15)이 형성된다. 여기서 상기 빛의 직진영역(12)이라 함은 도 3에 도시한 것처럼 투명부(4)를 통과하는 빛이 회절하기 시작하는 순간 직전의 영역으로서 빛이 직진하는 미소구간을 의미한다. 실리콘 영상 다이오드소자(6)는 빛에 민감하게 반응하여 빛의 명암에 대응하는 전하를 축적할 수 있는 소자들의 집합을 의미하는 것으로서 직진 영역(12)에서 형성되는 빛의 3차원 영상정보가 실리콘 영상 다이오드소자(6)에 전하로 축적되는 것이다. 즉, 빛에 민감한 미세한 실리콘 다이오드소자(6)들의 병렬된 것들이 반응을 일으켜 3차원 영상정보에 관한 영상전하가 발생된 것이 전하결합소자(6)에 연결되는 기억 매체인 메모리카드나 녹화테이프에 저장돼서 언제든지 저장된 3차원 영상에 관한 정보를 담고 있는 전하를 스캔하여 영상으로 재현할 수 있게 되는 것이다.
도면에서 미설명부호 8은 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6)간의 거리로서 본 발명에서는 상형성거리라고 정의한다. 또한 미설명부호 13은 회절광(15)의 교차점이 실리콘 영상 다이오드소자(6)의 상면, 즉 상 기록면에 위치할때의 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6) 간의 거리를 나타낸 것이며 본 발명에서는 상형성 최적거리라고 정의한다. 즉, 슬릿트판(3)의 투명부(4)를 지나는 빛은 도시한 것처럼 일정부분은 직진 영역(12)에서 3차원 입체영상을 이루며 이후 회절된다. 상기 회절광(15) 중에서 인접한 투명부(4)를 지나는 회절광(15)은 진행하는 과정 중에 서로 교차하게 된다. 이러한 회절광(15)이 교차하는 영역인 회절광 교차점이 어느 위치에 존재하느냐에 따라서 획득되는 3차원 입체영상이미지의 선명도나 질을 좌우하게 되는데 이에 관해서는 아래에서 도면을 참조하여 후술한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 거리가 최적화 되지 않은 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 광분해도이고, 도 6은 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 간격이 최적화된 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 광분해도이다. 도 4 내지 도 6에서는 전하결합소자의 3차원 입체영상을 결상하는 광로 및 실질적인 질감을 가진 양질의 3차원 입체영상을 재현할 수 있는 전하결합소자의 최적화거리를 보여준다.
도면에서 미설명부호 8은 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6)간의 거리로서 본 발명에서는 상형성거리라고 정의한다. 또한 미설명부호 13은 회절광(15)의 교차점이 실리콘 영상 다이오드소자(6)의 상면, 즉 상 기록면에 위치할때의 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6) 간의 거리를 나타낸 것이며 본 발명에서는 상형성 최적거리라고 정의한다. 즉, 슬릿트판(3)의 투명부(4)를 지나는 빛은 도시한 것처럼 일정부분은 직진 영역(12)에서 3차원 입체영상을 이루며 이후 회절된다. 상기 회절광(15) 중에서 인접한 투명부(4)를 지나는 회절광(15)은 진행하는 과정 중에 서로 교차하게 된다. 이러한 회절광(15)이 교차하는 영역인 회절광 교차점이 어느 위치에 존재하느냐에 따라서 획득되는 3차원 입체영상이미지의 선명도나 질을 좌우하게 되는데 이에 관해서는 아래에서 도면을 참조하여 후술한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 거리가 최적화 되지 않은 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 광분해도이고, 도 6은 본 발명의 슬릿트판과 실리콘 영상 다이오드소자 간의 간격이 최적화된 경우의 상 기록과정을 설명하기 위한 광분해도이다. 도 4 내지 도 6에서는 전하결합소자의 3차원 입체영상을 결상하는 광로 및 실질적인 질감을 가진 양질의 3차원 입체영상을 재현할 수 있는 전하결합소자의 최적화거리를 보여준다.
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도 4에서는 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6) 간의 거리가 상형성 최적거리(13)보다 길어서 상기 인접한 투명부(4)를 지나는 회절광(15)의 교차점(20)이 슬릿판(4)과 실리콘 영상 다이오드소자(6)의 사이에 위치하게 되는 경우를 보여준다. 이 경우 3차원 입체영상정보가 상기 실리콘 영상 다이오드소자(6)에 기록됨과 동시에 회절광(15)에 의한 백색선(21)의 줄무늬가 같이 기록되어 결국 3차원 입체영상의 이미지의 질이 저하된다는 문제가 생기게 된다. 즉, 미세한 실리콘 영상 다이오드소자(6)들의 상 기록면에 발생하는 영상 전하에 3차원 회절광(15)이 교차하여 겹치는 부분의 부작용으로 백색선(21)이 포함된 전하가 발생하게 되고 이로 인하여 이후에 축적된 전하가 스캔되어 출력된 결과물인 영상물 사진이나, 비디오 등의 모니터에 백색선(21)이 나타나게 되는 것이다.
도 5에서는 이와는 반대로 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6) 간의 거리가 상형성 최적거리(13)보다 짧아서 상기 인접한 투명부(4)를 지나는 회절광(15)의 교차점(50)이 실리콘 영상 다이오드소자(6)의 상 기록면 하부에 형성되는 경우를 보여준다. 이 경우 상기 회절광(15)에 교차영역에 의한 불필요한 영상정보가 3차원 입체영상정보와 함께 영상 다이오드소자(6)에 전하로 기록된다. 따라서, 상기 영상 다이오드소자(6)에 축적된 3차원 입체영상정보에 대응하는 전하를 스캔하여 출력하게 되면 출력결과물인 사진이나 디지털 장치의 모니터 등에 불필요한 흑색선(22)의 줄무늬 영상이 나타나게 되어 영상이미지의 질을 저하시키게 되는 것이다.
도 5에서는 이와는 반대로 슬릿트판(3)과 실리콘 영상 다이오드소자(6) 간의 거리가 상형성 최적거리(13)보다 짧아서 상기 인접한 투명부(4)를 지나는 회절광(15)의 교차점(50)이 실리콘 영상 다이오드소자(6)의 상 기록면 하부에 형성되는 경우를 보여준다. 이 경우 상기 회절광(15)에 교차영역에 의한 불필요한 영상정보가 3차원 입체영상정보와 함께 영상 다이오드소자(6)에 전하로 기록된다. 따라서, 상기 영상 다이오드소자(6)에 축적된 3차원 입체영상정보에 대응하는 전하를 스캔하여 출력하게 되면 출력결과물인 사진이나 디지털 장치의 모니터 등에 불필요한 흑색선(22)의 줄무늬 영상이 나타나게 되어 영상이미지의 질을 저하시키게 되는 것이다.
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따라서, 도 6에 도시한 거처럼, 상기 슬릿트판(3)과 상기 영상 다이오드소자(6) 간의 거리를 조절하여 상기 회절광(15)의 교차점이 상기 영상 다이오드소자(6)의 상면인 상 기록면에 위치하도록 하면 전술한 회절광(15)에 의한 부작용인 백색선(21)이나 흑색선(22)의 발생을 방지할 수 있게 된다. 즉, 투명부(4)와 불투명부(5)의 폭의 비율에 따른 상형성 최적거리에 상기 회절광(15)의 교차점(20)이 위치하도록 상형성거리를 최적화하면 빛에 민감한 미세한 실리콘 다이오드소자(6)들에 3차원 회절광(15)이 입사될때 상 기록면상에서 발생하는 전하에는 아무런 방해가 없어 깨끗하고 선명한 입체영상을 얻을 수 있게 되는 것이다.
상기 회절광에 의한 불필요한 잔영이 형성되지 않을 때의 상형성거리인 상형성 최적거리는 투명부(4)와 불투명부(5)의 폭 및 그 비율에 따라 달라진다.
상기 회절광에 의한 불필요한 잔영이 형성되지 않을 때의 상형성거리인 상형성 최적거리는 투명부(4)와 불투명부(5)의 폭 및 그 비율에 따라 달라진다.
본 발명의 3차원 입체영상 재현용 전하결합소자는 디지털 카메라나 디지털 캠코더에 적용될 뿐 아니라, 모든 디지털 영상기록 매체 등에도 적용 할 수 있다.
또한 본 발명의 3차원의 입체영상 재현용 전하결합소자는 기존의 전하결합소자의 상부에 부착된 투명유리판 대신 3차원 입체영상을 형성하게 하는 투명부와 불투명부가 일정한 비율의 폭으로 교대로 반복배치된 슬릿트판을 부착하면 되는 것으로 그 구조가 간단하고 대량생산이 용이하여 매우 경제적이라는 장점이 있다.
동시에 종래의 전하결합소자를 채택한 디지털 영상기록매체에 비하여 실제의 사물이나 풍경이 가지는 3차원의 입체감, 원근감 및 질감을 훨씬 자연스럽게 표현할 수 있게 되므로 출력되는 입체영상의 질 또한 매우 뛰어나다는 장점이 있다.
동시에 종래의 전하결합소자를 채택한 디지털 영상기록매체에 비하여 실제의 사물이나 풍경이 가지는 3차원의 입체감, 원근감 및 질감을 훨씬 자연스럽게 표현할 수 있게 되므로 출력되는 입체영상의 질 또한 매우 뛰어나다는 장점이 있다.
Claims (2)
- 디지털 영상을 획득하기 위하여 디지털 영상기록매체에 내장되는 전하결합소자에 있어서,상면이 개방되어 개구부를 이루며 외측면에는 외부소자와의 정보전달을 위한 칩핀이 마련되는 본체;상기 본체 내부의 저면에 위치하며 빛에 반응하는 실리콘 영상 다이오드소자; 및상기 본체의 개구부를 덮는 것으로서 일정한 비율의 폭을 가지는 투명부와 불투명부가 교대로 반복하여 배열된 슬릿트판을 포함하여 구성되는 것으로서,렌즈를 통과한 2차원의 영상광이 상기 슬릿트판의 투명부를 통과함으로써 형성되는 3차원 입체영상정보를 상기 실리콘 영상다이오드소자에 기록하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체영상 재현용 전하결합소자.
- 제 1항에 있어서,상기 슬릿트판 상의 인접한 투명부를 통과한 회절광의 교차점이 상기 실리콘 영상 다이오드소자의 상 기록면에 위치하도록 상기 슬릿트판과 상기 실리콘 영상 다이오드소자 간의 거리가 최적화된 것을 특징으로 하는 3차원 입체영상 재현용 전하결합소자.
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