KR20150067688A

KR20150067688A - 입사 광량과 조리개의 조절이 가능한 화상 인식 장치용 광 조절장치

Info

Publication number: KR20150067688A
Application number: KR1020130153490A
Authority: KR
Inventors: 이종천
Original assignee: 주식회사 소디
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-18

Abstract

본 발명은 화상인식장치의 소형 광 조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편광판을 적용하지 않는 높은 투과율의 G-H LCD 패널을 사용하여 화상(Image) 인식 장치에 입사되는 빛의 양을 조절하거나 또는 조리개(Aperture)의 크기나 모양을 조절하는 방법에 관한 것이다. 복수 개의 픽셀로 이루어진 LCD 조리개의 각 픽셀 별로 균일한 광 투과율을 갖도록 독립적으로 구동하여 조리개의 열린 면적을 조절하고 LCD 패널에 인가되는 전압을 조절하여 광 투과율을 계조로 조절하여 화상 센서에 입사되는 광량을 조절하고 화상의 심도를 깊게한다. 소형 디지털 화상인식장치에서, 높은 투과율의 LCD 조리개를 크기를 크게하면 낮은 조도 상에서도 화상인식 과정에서의 노이즈를 최소화할 수 있고, LCD 조리개를 기존의 아이리스 시스템과 병용하여 사용하면 조리개의 열린 면적의 크기와 광 투과율을 보다 더 축소할 수 있다.

Description

입사 광량과 조리개의 조절이 가능한 화상 인식 장치용 광 조절장치{Light Control Apparatus Adjusting the Quantity of Incident Light and Aperture for an Imaging Sensing Device}

본 발명은 광 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화상(Image) 인식 장치에 입사되는 빛의 양을 조절하거나 또는 조리개(Aperture)의 크기나 모양을 조절하는 방법에 관한 것이다.

최근에 디지털 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 혹은 스마트폰과 같은 화상 인식 장치들의 소형화와 고성능에 대한 시장의 요구가 대두 되고 있다. 이러한 시장의 요구를 만족시키기 위해서 화상인식 광학 시스템을 소형화하고, 고집적화된 CCD(Charge Coupled Device)나 고밀도의 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 칩을 화상 센싱 도구로 활용하고 있다.

그러나 화상인식 광학 시스템을 소형화하기 위해서는 렌즈와 조리개의 크기를 모두 줄여야 하는데, 조리개의 크기가 작아지면 그 제작의 어려움으로 인하여 조리개의 열린 면적 선택의 폭이 좁아지고 또한 광 회절(light diffraction) 현상으로 인한 화상 손상이 발생하는 문제가 있다. 일반적인 화상인식 장치들은 조리개 날개(aperture blades)들을 기계적 또는 전기적으로 조절하는 아이리스(IRIS) 시스템을 사용하고 있는데, 아이리스 시스템이 차지하는 공간을 축소하기 어려우며 또한 충분한 성능을 유지하면서 소형화하기에는 기술적으로 어려움이 따른다. 아이리스 시스템의 크기가 작아지려면 조리개의 날개의 숫자도 2~3개로 줄여야하고 각각의 날개 크기도 작아져야 하기 때문에 정밀하게 제작하기가 용이하지 않으며, 또한 조리개의 열린 면적의 개수도 2~3개로 줄어들게 되어 입사광 량 선택의 폭이 줄어들게 된다. 조리개 열린 상태의 개수가 줄어들면 어두운 곳에서의 촬영과 밝은 곳에서의 촬영을 같은 화상 인식장치로 선명한 화상을 얻기가 어렵게 된다. 또한 작은 크기의 조리개 날개 사이의 모서리 부분에서 빛의 회절현상이 강화되어 화상 센서에서 인식된 화상에 변형이 발생하게 된다.

최근에 이러한 문제들을 해결하기 위해서 LCD(Liquid Crystal Dispaly) 기술을 활용한 전기광학적인 광 셔터나 광 투과율 조절 방안이 제시되고 있다[특허문헌1~11].

화상인식장치에 광셔터로 LCD 셔터를 적용하는 기술들이 제안되었으나, LCD에 적용하는 편광판으로 인해서 셔터가 열린 상태의 광 투과율이 낮아지고 또 편광된 빛이 입사하는 경우에 편광판에 의하여 화질이 손상되는 단점이 있다.[특허문헌 1, 2, 3, 5, 11]

화상인식장치의 광학 시스템에 편광판을 적용한 LCD를 이용하여 조리개의 크기나 모양을 전기적으로 조절하는 기술이 제안되었으나, 편광판을 적용함으로써 발생하는 광투과율의 손실과, 편광된 빛이 입사하는 경우에 편광판과의 강한 상호작용으로 인한 화상 변질, 그리고 LCD의 복수개 픽셀들을 구동하기 위해 형성된 전극 패턴 부분의 광학적인 불균일성으로 인한 조리개 광투과율 균일성 유지의 어려움 등의 문제점들로 인하여 실용화되지 않았다[특허문헌 7, 11].

대한민국 발명특허출원번호 1997-030923 디지털 스틸 카메라의 전자 셔터 장치 대한민국 발명특허등록번호 10-0874224 강유전성 액정을 이용한 고속카메라폰용 셔터 대한민국 발명특허등록번호 10-1097145 입사 광량 조절장치 및 그 제어 방법 미국 발명특허등록번호 US 8,319,866 B2 Imaging Optical System and Imaging Apparatus 미국 발명특허등록번호 US 7563041 B2 Camera Module with Brightness Adjustable LCD Shutter in Portable Wireless Terminal 미국 발명특허공개번호 US 2001/0007294 A1 Imaging Optical System and Imaging Apparatus 미국 발명특허등록번호 US 5893622 A Optical Aperture with Predetermined Attenuation Patterns Having Polarizers That are Black Guest Host Liquid Crystal or Multilayer, Thinfilm, Polarizing Beam Splitting Prism 일본 발명특허등록번호 JP 2010-148122 A 조광장치를 포함하는 촬상장치 및 이들의 구동방법 일본 발명특허등록번호 JP 3918500 촬상장치 일본 발명특허등록번호 JP 2001108271 조광장치 및 촬상장치 대한만국 발명특허등록번호 10-0852720 전기조광소자 및 그 구동방법

본 발명은 화상인식장치에서 화상인식 광학 시스템을 소형화하기 위해서 조리개의 크기를 줄이는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 조리개의 열린 면적 크기의 선택 폭을 넓혀서 다양한 환경에서 선명한 화상을 인식하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 즉 어두운 곳에서는 조리개의 열린 면적을 크게 하여 보다 많은 광량이 화상 센서에 입사되도록 하여 보다 밝은 화상으로 인식하게 하고, 너무 밝은 곳에서는 조리개의 열린 면적을 작게하여 입사 광량을 축소 조절하여 이미지 센서에 적절한 광량만 입사되도록 하여 선명한 화상을 인식하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 조리개의 열린 면적이 동일한 경우에도 조리개를 통과하여 화상센서에 입사되는 광량을 화상 센서의 기능에 적합하도록 조절해주는 방법을 제공하기 위함이다.

또한, 조리개 날개의 소형화에 따른 광 회절현상으로 인한 화상의 손상을 최소화하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 화상인식 장치의 광 경로 상에 위치하여 화상 센서로 입사되는 광량을 조절하는 장치로서, 편광판을 적용하지 않고 50% 이상의 높은 가시광 투과율을 갖는 LCD 모드로 이루어진 조리개에 적절한 전압을 인가하여 광 투과율을 조절하는 전기광학적인 입사 광량 조절장치를 제공한다.

상기 LCD 모드는 편광판을 적용하지 않는 게스트-호스트(Guest-Host)LCD 모드를 적용하여 밝은 상태에서의 가시광선 투과율이 50% 이상인 입사 광량 조절장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, LCD로 이루어진 조리개의 광 투과 영역을 광 경로 상의 중심을 기점으로 한 하나 이상의 원형 모양이나 타원모양 또는 모서리가 둥근 다각형 모양을 형성하여 광 회절을 최소화하는 입사 광량 조절장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수 개의 LCD 픽셀(Pixel)로 이루어진 조리개의 광 투과 영역을 LCD 픽셀 별로 전압을 인가하여 각각 LCD 픽셀 별로 독립적인 광 투과율을 갖도록 조절함으로써 조리개의 크기와 광 투과율의 계조표시(Gray Scale)가 가능하도록 광 투과율을 동시에 제어하는 입사 광량 조절장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기계적인 또는 전기적인 아이리스 시스템의 조리개와 LCD로 이루어진 전기광학적인 조리개를 같은 광 경로 상에 위치하여 동시에 사용함으로써 조리개의 열린 면적의 다양화, 조리개 열린 면적의 소형화, 그리고 조리개의 광 투과율을 제어하는 입사 광량 조절장치를 제공한다.

상기의 LCD로 이루어진 전기광학적인 조리개의 열린 면적을 아이리스 시스템의 열린 면적보다 작게 만들 수 있어 화상인식 센서에 입사되는 광량을 최소할 수 있고 동시에 화상의 심도를 깊게 할 수 있는 입사 광량 조절장치를 제공한다.

전술한 것 외의 다른 기술적인 측면이나 특징 및 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고 투과율의 LCD를 이용한 광 투과율 제어 방법을 통하여 전기광학적으로 조리개의 광 투과율을 조절함으로써 입사광량 조절장치를 소형화할 수 있다.

또한, 조리개의 열린 면적 크기 상태의 선택 폭을 넓혀서 다양한 환경에서 선명한 화상을 인식한다. 즉 어두운 곳에서는 조리개의 열린 면적을 크게 하여 보다 많은 광량이 화상 센서에 입사되도록 하여 보다 밝은 화상으로 인식하게 하고, 너무 밝은 곳에서는 조리개의 열린 면적을 작게하여 입사 광량을 축소 조절하여 이미지 센서에 적절한 광량만 입사되도록 하여 보다 선명한 화상을 인식한다.

또한, 조리개의 열린 면적이 동일한 경우에도 LCD에 인가되는 전압을 조절하여 광 투과율을 제어함으로써, 조리개를 통과하여 화상센서에 입사되는 광량을 화상 센서의 기능에 적합하도록 조절해준다.

또한, 복수 개의 LCD 픽셀(Pixel)로 이루어진 조리개의 광 투과 영역을 LCD 픽셀 별로 전압을 인가하여 각각 LCD 픽셀 별로 독립적인 계조표시가 가능한 광 투과율을 갖도록 조절함으로써 조리개의 크기와 광 투과율을 동시에 제어하여 보다 선명하고 심도가 깊은 화상을 인식한다.

또한, 기계적인 또는 전기적인 아이리스 시스템의 조리개와 LCD로 이루어진 전기광학적인 조리개를 같은 광 경로상에 위치하여 동시에 사용함으로써 조리개의 열린 면적을 다양화하고, 조리개의 열린 면적을 소형화하며, 그리고 조리개 자체의 광 투과율도 효율적으로 제어한다.

상기의 LCD로 이루어진 전기광학적인 조리개의 열린 면적을 아이리스 시스템의 열린 면적보다 작게 만들 수 있어 화상인식 센서에 입사되는 광량을 최소할 수 있고 동시에 화상의 심도를 깊게할 수 있는 입사광량 조절장치를 제공한다.

또한, 조리개의 열린 모양을 원형, 타원 또는 모서리가 둥근 다각형으로 제작함으로써 조리개 날개의 소형화에 따른 모서리 부분의 광 회절현상으로 인한 화상의 손상을 최소화한다.

도 1은 광 경로 상에 렌즈부, LCD 패널, 화상인식 센서가 위치하고 제어부로 광량을 조절하는 입사 광량 조절장치의 블록도
도 2는 광 경로 상에 렌즈부, 아이리스 조리개, LCD 패널, 화상인식 센서가 위치하고 제어부로 광량을 조절하는 입사 광량 조절장치의 블록도
도 3은 2개의 동심원으로 나누어진 픽셀로 이루어져 입사광 투과율을 조절하는 LCD 패널의 개념도
도 4는 복수 개의 조리개 날개 들로 이루어진 기존의 아이리스 조리개 개념도
도 5a는 인가 전압에 따른 Normally Black Mode G-H LCD 패널의 가시광 투과율 변화도
도 5b는 인가 전압에 따른 Normally White Mode G-H LCD 패널의 가시광 투과율 변화도
도 6a는 LCD 패널 하판의 투명 전극 패턴 예시도
도 6b는 LCD 패널 상판의 투명 전극 패턴 예시도
도 6c는 상하 기판이 조립된 후의 LCD 패널의 투명전극 패턴 예시도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명의 실시예로서, 화상인식장치에 있어서 광 경로 상에 위치하여 화상 센서로 입사되는 광량을 조절하는 장치로서, 편광판을 적용하지 않고 50% 이상의 높은 최대 가시광 평균 투과율을 갖는 복수 개의 픽셀로 구성된 LCD 패널로 이루어진 조리개에 적절한 전압을 인가하여 광 투과율을 조절하는 전기광학적인 입사 광량 조절장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입사 광량 조절장치의 블록도이다. 상기한 도 1을 설명하면, 화상인식장치에서 입사광(11)이 렌즈부(12)를 통과하여 LCD 패널로 구성된 광량 제어장치(13)를 통과하여 화상인식센서(14)에 도달한다. 렌즈부(12)는 하나 이상의 렌즈로 구성되고 적외선이나 자외선 차단 기능, 자동초점 조절 기능, 그리고 주변 밝기 인식 등의 기능 등을 포함할 수 있다. 화상인식장치의 제어부(15)는 화상인식센서(14)와 렌즈부(12)에서 입수한 정보를 비교 분석하여 광량 제어장치(13)와 렌즈부(12) 그리고 화상인식 센서(14)의 감도를 적절하게 제어한다. 광량 제어장치(13)는 LCD 패널 상의 전극에 필요한 전압을 인가하여 가시광선 대 빛의 투과율을 조절한다. 또한 상기 렌즈부(12)의 일부 렌즈는 상기 광 경로 상에서 광량 제어장치(13)와 화상인식센서(14) 사이에 위치할 수 있으며, 또는 상기 광량 제어장치(13)가 렌즈부(12) 내에 위치할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입사 광량 조절장치의 블록도이다. 상기한 도 2를 설명하면, 화상인식장치에서 입사광(11)이 렌즈부(12)를 통과하여 아이리스 시스템(23)의 조리개를 통과한 후 LCD 패널로 구성된 광량 제어장치(13)를 통과하여 화상인식센서(14)에 도달한다. 화상인식장치의 제어부(15)는 화상인식센서(14)와 렌즈부(12)에서 입수한 정보를 비교 분석하여 광량 제어장치(13)와 렌즈부(12) 그리고 화상인식 센서(14)의 감도를 적절하게 제어한다. 광량 제어장치(13)는 LCD 패널 상의 전극에 필요한 전압을 인가하여 가시광선 대 빛의 투과율을 조절한다. 상기한 도 2에서 아이리스 시스템(23)과 광량 제어장치(13)는 그 위치순서를 서로 바꿀 수 있다. 또한 렌즈부(12)의 일부 렌즈는 상기 광 경로 상에서 광량 제어장치(13)와 화상인식센서(14) 사이에 위치할 수 있다.

도 3은 도 6c에 예시된 LCD 패널(65)로 구성된 광량 제어장치(13)의 개념도이며, LCD 패널(65)은 픽셀 영역 Ⅰ과 Ⅱ로 구분되어 있으며, 상기 렌즈부(12)의 광축 중심을 원점으로 동심원의 형태들로 이루어지며, 상기 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ 영역의 투명전극은 서로 분리되어 있어 각기 독립적으로 전기 구동할 수 있다. 도 5a는 Guest-Host LCD의 Normally Black Mode의 전기광학 특성 곡선을 예시하고 있다. 즉 LCD 패널(65)에 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광투과율이 낮은 상태를 유지하고, 일정한 V(th)전압 이상으로 인가하면 광 투과율이 점차 증가하며 V(sat) 이상의 전압을 인가하게 되면 점차 포화 광 투과율에 근접하게 된다. 또한 V(th)와 V(sat) 사이의 전압을 인가하면 중간계조의 광 투과율을 얻을 수 있다. 도 5b는 Guest-Host LCD의 Normally White Mode의 전기광학 특성 곡선을 예시하고 있다. 즉 LCD 패널(65)에 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 광투과율이 높은 상태를 유지하지만, 일정한 V(th)전압 이상을 인가하면 광 투과율이 점차 감소하며 V(sat) 이상의 전압을 인가하게 되면 점차 최소 광 투과율에 근접하게 된다. 이 또한 마찬가지로 V(th)와 V(sat) 사이의 전압을 인가하면 중간계조의 광 투과율을 얻을 수 있다. Normally Black Mode의 Guest-Host LCD는 양(positive)의 유전 이방성(dielectric anisotropy)을 가진 네마틱 액정(nematic liquid crystal)에 소량의 양(positive)의 이색성 염료(pleochroic dye molecules)와 소량의 Chiral Dopant를 첨가하여 TN(Twisted Nematic) LCD나 STN(Super Twisted Nematic) LCD와 같이 뒤틀린(Twisted) 구조를 갖도록 하여 제작한다. 상기한 이색성 염료는 약 5wt.% 이하의 소량만을 액정에 첨가하며, 뒤틀린 구조는 Chiral Dopant의 양을 조정하여 90~360도 사이의 각도를 갖도록 한다.

Normally Black Mode를 LCD 패널(65)에 적용한 경우에, 도 3의 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ에 전압을 인가하지 않으면 조리개의 크기는 반경 r₂인 원의 면적을 갖게 되며, 그 조리개의 가시광 투과율은 LCD 패널(65)의 최소치를 갖게 된다. 그리고 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ에 동시에 인가하는 전압이 V(th) 이상이 되면 조리개의 크기는 변화하지 않지만 그 가시광 투과율은 점차 증가하게 되고 V(sat) 이상에서는 최대 가시광 투과율을 갖는다. 반대로 Normally White Mode를 LCD 패널에 적용한 경우에는, 도 3의 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ에 전압을 인가하지 않으면 조리개의 크기는 반경 r₂인 원의 면적을 갖게되며, 그 조리개의 가시광 투과율은 LCD 패널(65)의 최대치를 갖게 된다. 그리고 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ를 동시에 인가하는 전압이 V(th) 이상이 되면 조리개의 크기는 변화하지 않지만 그 가시광 투과율은 점차 감소하게 되고 V(sat) 이상에서는 최소 가시광 투과율을 갖는다. Normally White Mode의 Guest-Host LCD는 음(negative)의 이방성을 가진 액정에 소량의 양의 이색성 염료와 소량의 Chiral Dopant를 첨가하여 VA(Vertically Aligned) LCD 구조를 갖도록 하여 제작한다. 상기 VA LCD는 양 기판(61, 63) 상에 수직 배향 처리를 하여 액정 분자들이 기판과 접촉하는 면에서 수직으로 배열되도록 유도해준다. 이러한 상하 기판 표면의 수직 배향력에 의해 전압이 V(th) 이하일 때는 상하 기판 사이에 있는 모든 액정 층의 액정 분자들이 수직 배열하게 된다. 만약에 상기 액정 층에 인가하는 전압이 V(th)보다 높게 되면 음의 이방성을 가진 액정 분자들이 기판에 나란한 방향으로 재배열하게 되며, 동시에 상기한 Chiral Dopant의 영향력에 의해 뒤틀린 구조를 갖게 된다. 상기한 이색성 염료는 약 5wt.% 이하의 소량만을 액정에 첨가하며, LCD 패널(65)에 V(sat) 이상의 전압을 인가하였을 때 뒤틀리는 구조가 90~360도 사이의 각도를 갖도록 Chiral Dopant의 적정량만을 첨가한다.

만약에 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ에 인가하는 전압이 각기 다른 경우에는, 픽셀 Ⅰ에 해당하는 조리개 Ⅰ과 픽셀 Ⅱ에 해당하는 조리개 Ⅱ가 각기 인가하는 전압에 해당하는 가시광 투과율을 갖는 조리개로 그 역할을 동시에 수행하는 이중 조리개가 된다. 일 예로 픽셀 Ⅰ과 픽셀 Ⅱ의 면적이 같은 경우에, 픽셀 Ⅰ의 가시광 투과율이 픽셀 Ⅱ의 가시광 투과율보다 훨씬 높으면 픽셀Ⅰ을 통과하여 화상인식 센서에 도달하는 광 량이 픽셀 Ⅱ를 통과하여 화상인식 센서에 도달하는 광 량보다 많게 된다. 즉 픽셀 Ⅱ에 해당하는 조리개 Ⅱ를 통과하여 화상인식 센서에서 감지하는 화상 정보와 픽셀 Ⅰ에 해당하는 더 작은 크기의 조리개 Ⅰ을 통과하여 감지된 화상 정보가 겹쳐지게 되므로, 같은 가시광 투과율을 갖는 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ가 하나의 조리개로 인식된 화상보다 심도가 더 깊게 된다. 역으로, 픽셀 Ⅰ의 가시광 투과율이 픽셀 Ⅱ의 가시광 투과율보다 더 낮게 되면 심도가 얕아지게 된다.

또한 도 3에서 픽셀 Ⅰ과 Ⅱ 영역은 원 대칭 형태를 가지며, 각 영역은 일정한 광 투과율을 갖는다. 즉 상기 입사광이 렌즈부(12)의 광 축을 중심으로 360도 전 방위각에 걸쳐서 균일한 광 투과율을 갖는다. 일반적으로 스마트폰이나 디지털카메라의 렌즈는 원형으로 제작되기 때문에 상기 LCD 패널(65)의 픽셀들도 원 대칭 모양이 이상적이다. 이러한 원형 모양은 기존의 아이리스 시스템에 발생하는 광 회절 현상을 줄여준다. 특수 목적으로는, 상기 LCD 패널(65)의 픽셀 모양을 타원이나 다각형 모양으로 제작할 수 있으며, 이럴 경우에 다각형의 모서리 부분은 둥글게 함으로써 광 회절 현상을 줄일 수 있다.

도 4는 기존의 기계적으로 구동하거나 전기적으로 구동하는 아이리스 시스템(23)의 개념도 이며, 2개 이상의 얇은 조리개 날개들을 움직여서 조리개 열린 면적의 크기를 조절한다. 소형 디지털 카메라나 스마트폰에 아이리스 시스템을 적용하려면 그 크기가 작아져야하므로 작은 조리개 날개들을 정밀하게 제어하는 것이 쉽지 않게 된다. 일반적인 아이리스 시스템의 조리개 날개는 5~7개의 개수로 이루어져 있지만 소형 아이리스시스템은 날개의 개수가 2~3개로 줄어들고, 또 그 조리개의 열린 면적의 개수도 2~3개 정도로 축소된다. 따라서 본 발명에서는 소형 아이리스 시스템 조리개의 기능을 보완하기 위해서 LCD 패널(65)로 구성된 광량 제어장치(13)와 같이 병행하여 조리개로 활용한다. 소형 아이리스 시스템 조리개의 최소 열린 면적의 내접원의 반경을 r₃ 라 하고 그림 3과 같이 LCD 패널 광량 제어장치(13)를 상기 아이리스 시스템(23)과 같이 겹쳐서 사용하는 경우, 그림3에서의 픽셀 Ⅰ의 반경 r₁을 r₃ 보다 작게 하면 상기 아이리스 시스템(23)이 갖는 조리개 열린 면적의 개수에다 LCD 패널 광량 제어장치(13)에 의한 광량 제어 상태를 추가로 선택할 수 있게 된다. 일반적으로 LCD 패널(65)의 픽셀 크기는 ~100㎛ 정도의 크기로 소형화하기는 아주 용이하므로 LCD 패널 광량 제어장치(13)의 LCD 픽셀을 아이리스 시스템(23)의 조리개 크기보다 더 작게 소형화할 수 있다. 따라서 소형 디지털 화상인식장치에서, 높은 투과율의 LCD 조리개의 열린 면적을 크게 해줌으로써 낮은 조도 상에서도 화상인식 과정에서의 노이즈를 최소화할 수 있고, LCD 조리개를 기존의 아이리스 시스템과 병용하여 사용하면 조리개의 열린 면적의 크기와 광 투과율을 더욱 축소할 수 있다.

도 6a와 도 6b는 LCD 광량 제어장치(13)의 LCD 패널(65)의 투명전극 패턴의 한 예를 보여주고 있다. 도 6a는 상기 LCD 패널(65) 하판(61)의 투명전극 패턴이고, 도 6b는 상기 LCD 패널(65) 상판(63)의 투명전극 패턴을 보여준다. 각 기판의 패턴된 전극은 전극단자 부분(62, 64)을 통하여 제어부(15)의 외부 전원과 연결된다. 도 6c는 상기 상하 기판(61, 63)을 조립한 LCD 패널(65)의 픽셀 형태를 보여준다. 상하 기판(61, 63)의 전극 단자(62, 64)에 인가되는 전압은 일반적으로 직각파형(square wave)이며, 각 기판의 양분된 전극에 180도 위상 차이의 파형을 인가하는 방법을 사용하면 LCD 패널(65)의 각 픽셀들을 쉽게 단순구동할 수 있다. 즉 도 3의 LCD 광량 제어장치(13)의 픽셀 Ⅰ과 픽셀 Ⅱ를 각기 독립적으로 임의의 전압으로 구동할 수 있다. 도 6a, 6b, 그리고 6c의 전극 패턴에서 d 간격 부분은 전극이 에칭된 곳이므로 전압이 인가되지 않는다. 그러나 d의 크기가 아주 작으면 그 이웃하는 전극 부분에서 배열된 액정 분자들과의 강한 상호작용으로 d 부분의 액정 분자들도 이웃하는 부분의 액정분자들과 유사한 배열상태를 유지하는 동조화 현상이 발생한다. 즉 d 부분의 광 투과율은 그 좌우 픽셀에서 같은 전압으로 구동된 픽셀의 광 투과율과 동일해진다. 일반적인 LCD 패널에서는 그 액정 층 셀 두께가 ~10㎛ 정도이면 d 값이 30㎛ 이내에서는 이와 같은 광 투과율 동조화 현상이 발생한다. 따라서, 도 6c의 LCD 패널의 픽셀 Ⅱ 영역에서, 작은 크기의 d를 간격으로 둔 투명전극이 에칭된 부분이나 에칭되지 않은 부분의 액정 분자들이 거의 같은 상태의 배열을 이루게 되므로 픽셀 Ⅱ 영역 전체가 원 대칭의 균일한 광 투과율을 갖도록 할 수 있으며, 이는 상기한 화상인식 장치에서 아주 중요한 필요 조건이다. 상기 LCD 패널(65)의 상하 기판(61, 63)은 투명전극이 코팅된 투명 유리나 플라스틱 기판을 사용하며 그 두께는 약 100㎛ 정도로 얇은 기판을 적용하고 전기적으로 광량을 제어할 수 있어 광량 제어장치(13)의 부피를 줄일 수 있다.

본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 효과는 디지털 카메라의 소형화 필요한 작은 크기의 전자제어식 조리개에 적용 가능하며, 또한 스마트폰의 카메라의 조리개에도 적용이 가능하다.

11: 입사광
12: 렌즈부
13: LCD 패널부
14: 화상인식 센서
15: 제어부
23: 기존 아이리스 시스템
24: 아이리스의 날개
61: LCD 패널 하판의 투명 전극 패턴
62: LCD 패널 하판의 투명 전극 단자
63: LCD 패널 상판의 투명 전극 패턴
64: LCD 패널 상판의 투명 전극 단자
65: 상하 기판이 합쳐진 LCD 패널 픽셀 예시도
r₁: LCD 픽셀 Ⅰ의 반경
r₂: LCD 픽셀 Ⅱ의 반경
r₃: 아이리스 날개들의 열린 부분의 내접원의 반경
d: 패턴된 투명 전극 간의 간격
Ⅰ: LCD 패널에서 반지름이 r₁인 원형 영역
Ⅱ: LCD 패널에서 반지름 r이 r₁ < r < r₂인 원형 고리 모양의 영역
V(th): Threshhold Voltage로서 LCD 패널의 상대 광 투과율이 10%로 변화하기 시작하는 전압(Normally Black Mode인 경우이며, 반대로 Normally White Mode인 경우에는 90%임)
V(sat): Saturation Voltage로서 LCD 패널의 상대 광 투과율이 임계값에 90%로 근접하는 전압(Normally Black Mode인 경우이며, 반대로 Normally White Mode인 경우에는 10%임)

Claims

화상인식장치의 광 경로 상에 위치하여 화상인식 센서에 입사하는 광량을 조절하는 장치로서,
상기 광량 조절장치는 편광판을 적용하지 않는 Guest-Host LCD 패널로 구성되고;
상기 LCD 패널은 복수 개의 픽셀들을 포함하고, 각 픽셀 별로 균일한 광 투과율 또는 균일한 계조를 갖도록 독립적으로 전기 구동하며;
상기 복수 개의 픽셀들은, 상기 광 경로 상의 광축 중심에 각기 그 원점을 가지면서 그 반지름의 크기가 각기 다른 동심원의 형태들을 이루고, 상기 광축 상의 360도 방위각에 걸쳐 균일한 광 투과율을 가지며;
상기 LCD 패널은 렌즈 부와 화상인식센서 사이에 위치하는 입사 광량 조절장치.
제 1항에 있어서,
상기 Guest-Host LCD는 이색성 염료가 포함된 Normally White Mode LCD 이거나 Normally Black Mode LCD이며, 그 최대 가시광 평균 투과율이 50% 이상인 입사 광량 조절장치.
제 1항에 있어서,
상기 Guest-Host LCD는 인가하는 평균 전압에 해당하는 그 광 투과율이 일정한 중간 계조를 갖는 입사 광량 조절장치.
화상인식장치의 광 경로 상에 위치하여 화상인식 센서에 입사하는 광량을 조절하는 장치로서,
상기 광량 조절장치는 편광판을 적용하지 않는 Guest-Host LCD 패널로 구성되며;
상기 LCD 패널은 복수 개의 픽셀들을 포함하고;
상기 픽셀들은 각기 하나 또는 두 개의 폐곡선으로 이루어진 영역을 가지며, 상기 광 경로 상의 광축에 그 중심을 두는 타원형이거나 모서리가 둥근 모양을 이루는 다각형의 형태를 가지며;
상기 픽셀들은 각기 균일한 광 투과율 또는 균일한 계조를 갖도록 독립적으로 전기 구동하며;
상기 각 픽셀들은 상기 광축 상의 360도 방위각에 걸쳐 균일한 광 투과율을 가지며;
상기 LCD 패널은 렌즈 부와 화상인식센서 사이에 위치하는 입사 광량 조절장치.
화상인식장치의 광 경로 상에 위치하여 화상인식 센서에 입사하는 광량을 조절하는 장치로서,
상기 광량 조절장치는 편광판을 적용하지 않는 Guest-Host LCD 패널로 구성되고;
상기 LCD 패널은 복수 개의 픽셀들을 포함하고;
각 픽셀 별로 균일한 광 투과율 또는 균일한 계조를 갖도록 독립적으로 전기 구동하며;
상기 픽셀들은, 상기 광 경로 상의 광축 중심에 각기 그 원점을 가지면서 그 반지름의 크기가 각기 다른 동심원의 형태들을 이루고, 상기 광축 상의 360도 방위각에 걸쳐 균일한 광 투과율을 가지며;
상기 LCD 패널은 렌즈 부 내에 위치하는 입사 광량 조절장치.
화상인식장치의 광 경로 상에 위치하여 화상인식 센서에 입사하는 광량을 조절하는 장치로서,
상기 광량 조절장치는, 기계적이나 전기적으로 구동하는 아이리스 시스템 조리개와 더불어 편광판을 적용하지 않는 Guest-Host LCD 패널로 상기 입사광의 투과율을 조절하며;
상기 LCD 패널은 복수 개의 픽셀들을 포함하고, 각 픽셀 별로 균일한 광 투과율 또는 균일한 계조를 갖도록 독립적으로 전기 구동하며;
상기 복수 개의 픽셀들은, 상기 광 경로 상의 광축 중심에 각기 그 원점을 가지면서 그 반지름의 크기가 각기 다른 동심원의 형태들을 이루고, 상기 광축 상의 360도 방위각에 걸쳐 균일한 광 투과율을 가지며;
상기 LCD 패널은 렌즈 부와 화상인식센서 사이에 위치하는 입사 광량 조절장치.
제 6항에 있어서,
상기 LCD 패널의 픽셀 중 적어도 하나 이상은 그 지름이 상기 아이리스 시스템 조리개가 최소로 열린 상태에서 날개들이 이루는 내경 보다 작은 크기를 갖는 입사 광량 조절장치.
화상인식장치의 광 경로 상에 위치하여 화상인식 센서에 입사하는 광량을 조절하는 장치로서,
기계적이나 전기적으로 구동하는 아이리스 시스템 조리개와 더불어 편광판을 적용하지 않는 Guest-Host LCD 패널로 상기 입사광의 투과율을 조절하며;
상기 LCD 패널은 복수 개의 픽셀들을 포함하고, 각 픽셀 별로 균일한 광 투과율 또는 균일한 계조를 갖도록 독립적으로 전기 구동하며;
상기 복수 개의 픽셀들은, 상기 광 경로 상의 광축 중심에 각기 그 원점을 가지면서 그 반지름의 크기가 각기 다른 동심원의 형태들을 이루고, 상기 광축 상의 360도 방위각에 걸쳐 균일한 광 투과율을 가지며;
상기 LCD 패널은 렌즈 부 내에 위치하는 입사 광량 조절장치.