專利名稱：光電轉換裝置,攝象裝置和使用該裝置的自動聚焦攝象機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于對通過光學系統(tǒng)例如透鏡入射的光進行光電轉換的裝置和攝象裝置，以及使用這些裝置的例如包括光學系統(tǒng)的自動聚焦攝象機。
常規(guī)的具有二維排列的光電轉換元件的光電轉換裝置具有如

圖1所示的結構。參看圖1，該裝置包括作為光電轉換元件的象素1，輸出線2，光屏蔽膜3，光圈區(qū)4，掃描電路5，和信號傳遞電路6。象素1以預定的間距呈二維排列。每個光圈4具有和相應的象素1相同的形狀和面積，并且在和象素1相同的位置上被形成。掃描電路5沿水平和垂直方向掃描二維排列的象素1，并向信號傳遞電路6輸出信號。
在常規(guī)的光電轉換裝置中，被二維地光電轉換的信號從信號傳遞電路6按時間被串行地輸出，按照標準例如NTSC或HDTV被處理，并被輸出到外部設備。此后，信號被外部信號處理電路處理，并在TV或監(jiān)視器上再現(xiàn)。在這種情況下，在光電轉換裝置上形成的圖象可以一一對應地在TV監(jiān)視器上再現(xiàn)。除非攝象透鏡具有任何象差，否則總可以再現(xiàn)精確的圖象。
然而，在現(xiàn)有技術中，當光學系統(tǒng)具有象差時，并且這種裝置被用作攝象機的自動聚焦(AF)檢測器時，出現(xiàn)了以下的問題。
作為AF光束的要被拍攝的物體的光的圖象是輸入。該光束由物鏡聚焦，然后被發(fā)送到光電轉換裝置，同時用多個反射鏡改變光束的方向，借以使物鏡的焦點對在物體上。在光束被每個反射鏡反射并聚焦的過程中，光束由于反射鏡和物鏡的象差而失真。例如，當要被拍攝的物體具有矩形圖案時，光束被彎曲，并被聚焦在作為AF檢測器的光電轉換裝置上。這種失真一般使用插在信號傳遞電路后面的圖象信號處理電路校正，或者使用信號處理軟件校正。然而，這種校正是不夠的。
當圖象通過常規(guī)的檢測器再現(xiàn)時，要被再現(xiàn)的矩形圖象發(fā)生彎曲。這在隨后的信號處理中帶來缺點，并使得難于進行精確的AF操作。
本發(fā)明的第一目的是在光電轉換裝置上校正在攝象裝置的光學系統(tǒng)中產(chǎn)生的象差。
本發(fā)明的第二個目的是在光電轉換裝置上校正光學系統(tǒng)中的光量的不均勻性，例如透鏡的邊緣光量的減少。
為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，在光電轉換區(qū)內，按照實際使用的攝象裝置的光學系統(tǒng)中的象差，每個光電轉換元件的光圈位置和相鄰的光圈位置不同。按照本發(fā)明的另一個方面，在光電轉換區(qū)內，按照在光電轉換裝置上聚焦的光量，每個光電轉換元件的光圈區(qū)域的光圈比以設置位置為單位被改變。
在上述的方案中，因為光電轉換裝置的每個光圈按照光學系統(tǒng)中實際的象差被設置，所以由于光學系統(tǒng)而產(chǎn)生的象差在光電轉換裝置上被校正了。此外，通過按照光學系統(tǒng)中的光量設置每個光圈的光圈比，對于相同光量的照射光可以獲得相同的輸出值。
本發(fā)明的其它目的，特點和優(yōu)點從以下的說明和附圖中可以更加清楚地看出。
圖1是常規(guī)的光電轉換裝置的平面圖；圖2是本發(fā)明的第一實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明使用的自動聚焦光學系統(tǒng)的示意圖；圖4是一個成象的例子，表示要由本發(fā)明解決的問題；圖5表示本發(fā)明的構思；圖6是本發(fā)明的第二實施例的示意圖；圖7A和7B是本發(fā)明第三實施例的示意圖；圖8是使用本發(fā)明的第一到第三實施例的光電轉換裝置之一的攝象裝置。
下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的第一實施例。圖2是作為本發(fā)明的主要特征的光電轉換裝置的平面圖。參看圖2，該裝置包括作為光電轉換元件的象素1，作為輸出線的AL輸出互連2，作為光屏蔽膜的AL2互連3，作為光入射的區(qū)域的光圈區(qū)域4，用于驅動光電轉換元件的掃描電路5，以及用于從象素1向外部設備輸出信號的信號傳遞電路6。作為光電轉換元件的象素1是以m×n的矩陣呈二維排列的，從而使得可以沿兩個方向攝象。
圖3表示使用上述的光電轉換裝置的單透鏡反射攝象機的簡化的光學系統(tǒng)。參看圖3，該光學系統(tǒng)包括用于聚焦圖象的透鏡7，用于向取景器15反射光的快速偏轉鏡8，用于向AF(自動聚焦)系統(tǒng)反射光的輔助反射鏡9，作為光電轉換裝置的檢測器10，觀測鏡11，用于向AF檢測器10引導光的反射鏡12，焦點平面光圈13，光束主軸14，和用于根據(jù)來自光電轉換裝置10的信號調整透鏡7的控制裝置16。
在這個實施例中，在AF檢測器10上實際形成地圖象與相應于作為物體的矩形實際圖象發(fā)生彎曲，如圖4所示。作為本實施例的特征，光圈以彎曲圖形的形式形成，如圖2所示，從而校正失真。
參看圖2，為了校正沿Y方向的象差凹度，沿Y方向的每個象素串相對于相鄰的象素串移動0.5-1.0個象素。此外，為了校正沿X方向的向下象差，使光屏蔽膜3向下擴展。因為光圈區(qū)域被形成在能夠校正光學系統(tǒng)的X方向和Y方向的象差的位置，如圖4所示，所以光學系統(tǒng)中的象差可以在光電轉換裝置上被校正。在本實施例中，還可以減少輸出陰影，這是因為象素1的光圈比按照實際的光學系統(tǒng)向著周邊部分被升高了。
按照這一實施例，可以實現(xiàn)能夠在光電轉換裝置上校正圖象形成位置的象差和光學系統(tǒng)的光量不均勻性的二維光電轉換裝置，因此，可以改善AF的精度，可以簡化信號處理電路，因而可以降低光學系統(tǒng)的成本。
在本實施例中，每個象素具有矩形形狀。不過，即使每個象素具有任何其它的形狀，例如正方形，也可以達到和上述相同的效果。這種光電轉換元件可以用于任何類型的檢測器，包括CMOS檢測器，CCD,BASIS,CMD，和SIT。
在本實施例中，作為一個應用的例子使用光電轉換裝置作為AF檢測器。這一實施例的目的在于使用檢測器的象素排列校正光學系統(tǒng)中的失真。因此，就使用透鏡讀取物體的圖象而言，這種光電轉換裝置可以適應用于視頻攝象機或數(shù)字攝象機。
圖6表示本發(fā)明的第二實施例，作為本實施例的特征，象素1被排列成矩形，形成光圈區(qū)域4，只通過改變每個光屏蔽層3的圖形便可使其彎曲。
在本實施例中，如果每個光圈區(qū)域4的面積和象素感光靈敏度不改變，則必須使象素的大小比第一實施例的大。不過，只通過每個光屏蔽層3的圖形，便可以改變光圈的位置，因此，只通過改變光屏蔽層3，便可以實現(xiàn)可和各種光學系統(tǒng)匹配的檢測器。
例如，在圖6所示的每個矩形象素1中，光圈區(qū)域4被在上、下、左、右側的位置形成，以便校正光學系統(tǒng)中的失真。在和光圈區(qū)域不同的位置形成光屏蔽層3。由于面積的因素使得失真不可能完全被校正。不過，因為通過光學方法使光學系統(tǒng)中失真的產(chǎn)生被控制在某種程度，利用這一實施例，在圖象讀取之后，由圖象處理電路進行的壓縮可以被減少，因而可以減少成本。
圖7A和7B是本發(fā)明的第三實施例。參看圖7A,7B，作為光電轉換元件的象素1具有光屏蔽層3和光圈區(qū)域4。在光屏蔽層3的下方，局部地形成掃描線區(qū)域(未示出)。用于操作的驅動電路或圖象讀取電路圍繞著象素設置。
在本實施例中，這種光電轉換裝置用于視頻攝象機，SV(靜止視頻)攝象機，或其類似的裝置。一般地說，當使用廉價的光學系統(tǒng)時，會產(chǎn)生筒形或枕形失真。如果不經(jīng)校正便使圖象再現(xiàn)，象差便出現(xiàn)在再現(xiàn)的圖象中，產(chǎn)生差的圖象質量。
在本實施例中，通過考慮預期的象差來形成光圈，在光電轉換裝置上進行校正，使得再現(xiàn)圖象的特性可以改善。
圖7A表示用于校正筒形象差的結構。圖7B表示用于校正枕形象差的結構。為了校正筒形象差，和筒形象差相應，形成具有相同面積的光圈區(qū)域4，在除去光圈區(qū)域之外的位置，形成光屏蔽膜3。為了校正枕形象差，和枕形象差相應，形成具有相同面積的光圈區(qū)域4，在除去光圈區(qū)域之外的位置，形成光屏蔽膜3。在本實施例中，通過改變光屏蔽圖形改變光圈的位置。不過，即使象素排列本身被改變時，也可以獲得和上述相同的效果。
在本實施例中，即使使用廉價的攝象系統(tǒng)，也可以獲得具有最小象差的檢測的圖象。
在上述實施例中，主要說明了光電轉換元件的排列或光屏蔽層的圖形。光電轉換裝置，更具體地說，每個象素可利用半導體制造技術被容易地制造，其中光圈區(qū)域和光屏蔽層的圖形可使用掩模通過光刻技術被精確地形成，使得象差例如球面象差、象散、視野彎曲，彗形象差，以及包括透鏡和反射鏡的光學系統(tǒng)的失真都可以被校正，因而物體的真實形狀可被如實地顯示。
作為第四實施例，圖8表示使用第一到第三實施例所述的一種光電轉換裝置的攝象裝置。如圖8所示，在光電轉換裝置10上形成通過光學系統(tǒng)7和光圈26的入射光的圖象。通過光電轉換裝置10上的象素陣列把光信息轉換為電信號，并被輸出。輸出信號按照預定的方案由信號處理電路21轉換并輸出。被處理過的信號由記錄系統(tǒng)/通信系統(tǒng)22中的信息記錄裝置記錄或傳遞。被記錄或傳遞的信號由再現(xiàn)系統(tǒng)25再現(xiàn)。光圈26，光電轉換裝置10，和信號處理電路21由定時控制電路23控制。光學系統(tǒng)7，定時控制電路23，記錄系統(tǒng)/通信系統(tǒng)22，和再現(xiàn)系統(tǒng)25由系統(tǒng)控制電路24控制。
如上所述，按照第一到第四實施例，光學系統(tǒng)中的象差可以在光電轉換裝置上被校正，使得光學系統(tǒng)和信號處理電路以及軟件可以被簡化，并且可以改善圖象再現(xiàn)精度。
因此，可以實現(xiàn)和現(xiàn)有技術相比能夠以高的精度和低的成本處理圖象的固態(tài)攝象裝置。
不脫離本發(fā)明的構思可以作出本發(fā)明的許多不同的實施例。應該理解，本發(fā)明不限于說明書中說明的特定實施例，而是由所附權利要求來限定。
權利要求
1．一種光電轉換裝置，其中在光電轉換區(qū)域中進行光電轉換的每個光圈區(qū)域相對于相鄰的光圈區(qū)域以錯開的位置排列。
2．一種光電轉換裝置，其中在光電轉換區(qū)域中進行光電轉換的光圈區(qū)域的光圈比以排列位置為單位被改變。
3．如權利要求1所述的裝置，其中象素的間距和相鄰象素的間距不同，以便錯開光圈區(qū)域的位置。
4．如權利要求1所述的裝置，其中光屏蔽層的圖形和相鄰的光屏蔽層的圖形不同，使得逐步錯開光圈區(qū)域的位置。
5．如權利要求1所述的裝置，其中在水平或垂直方向彼此相鄰的象素串的間距是不同的，并且在象素中的光屏蔽層的圖形被錯開，使得在一個平面內的水平方向和垂直方向的光圈位置被逐步錯開。
6．一種光電轉換裝置，其中在光電轉換區(qū)域中的象素被排列成陣列，相對于相鄰的象素彎曲。
7．一種攝象裝置，包括如權利要求1所述的光電轉換裝置；以及用于處理來自所述光電轉換裝置的信號的信號處理電路。
8．一種攝象裝置，包括如權利要求2所述的光電轉換裝置；以及用于處理來自所述光電轉換裝置的信號的信號處理電路。
9．一種攝象裝置，包括如權利要求3所述的光電轉換裝置；以及用于處理來自所述光電轉換裝置的信號的信號處理電路。
10．一種攝象裝置，包括如權利要求4所述的光電轉換裝置；以及用于處理來自所述光電轉換裝置的信號的信號處理電路。
11．一種攝象裝置，包括如權利要求5所述的光電轉換裝置；以及用于處理來自所述光電轉換裝置的信號的信號處理電路。
12．一種攝象裝置，包括如權利要求6所述的光電轉換裝置；以及用于處理來自所述光電轉換裝置的信號的信號處理電路。
13．一種自動聚焦攝象機，包括如權利要求1所述的光電轉換裝置；用于在所述光電轉換裝置上對光線聚焦的透鏡；以及用于根據(jù)來自所述光電轉換裝置的信號調整所述透鏡的控制裝置。
14．一種自動聚焦攝象機，包括如權利要求2所述的光電轉換裝置；用于在所述光電轉換裝置上對光線聚焦的透鏡；以及用于根據(jù)來自所述光電轉換裝置的信號調整所述透鏡的控制裝置。
15．一種自動聚焦攝象機，包括如權利要求3所述的光電轉換裝置；用于在所述光電轉換裝置上對光線聚焦的透鏡；以及用于根據(jù)來自所述光電轉換裝置的信號調整所述透鏡的控制裝置。
16．一種自動聚焦攝象機，包括如權利要求4所述的光電轉換裝置；用于在所述光電轉換裝置上對光線聚焦的透鏡；以及用于根據(jù)來自所述光電轉換裝置的信號調整所述透鏡的控制裝置。
17．一種自動聚焦攝象機，包括如權利要求5所述的光電轉換裝置；用于在所述光電轉換裝置上對光線聚焦的透鏡；以及用于根據(jù)來自所述光電轉換裝置的信號調整所述透鏡的控制裝置。
18．一種自動聚焦攝象機，包括如權利要求6所述的光電轉換裝置；用于在所述光電轉換裝置上對光線聚焦的透鏡；以及用于根據(jù)來自所述光電轉換裝置的信號調整所述透鏡的控制裝置。
全文摘要
為了校正攝象裝置的光學系統(tǒng)中光電轉換裝置上產(chǎn)生的象差及光量不均勻,在光電轉換區(qū)域,進行光電轉換的光圈的位置互不相同。進行光電轉換的光圈區(qū)域的光圈比以排列位置為單位被改變。象素的間距被錯開,從而使光圈區(qū)域的位置錯開,或者光屏蔽圖形的位置被錯開,使得逐漸錯開光圈區(qū)域的位置。此外,改變在水平方向或垂直方向的象素串的間距,并改變光屏蔽層的圖形,使得在一個平面內沿水平方向和垂直方向錯開光圈的位置。
文檔編號H04N5/335GK1225540SQ9812633
公開日1999年8月11日 申請日期1998年12月25日 優(yōu)先權日1997年12月25日
發(fā)明者高橋秀和 申請人:佳能株式會社