KR100800705B1

KR100800705B1 - 입사파에 의해 발생되는 반사파를 억제하는 카메라 렌즈장치

Info

Publication number: KR100800705B1
Application number: KR1020040020788A
Authority: KR
Inventors: 권성근; 이건일; 송규익
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2008-02-01
Also published as: US7567285B2; JP2005284285A; US20050226608A1; CN100370299C; CN1673791A; KR20050095406A

Abstract

카메라 장치가, 입사되는 광신호를 집속하는 렌즈어레이와, 렌즈어레이에 이물질의 접촉을 방지하는 윈도우글래스와, 렌즈어레이의 렌즈들을 고정하는 기구물인 경통과, 경통의 전면에 접속되며, 윈도우글래스를 고정시키는 후드로 구성되며, 렌즈어레이의 각 렌즈들은 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가진다.

반사파 억압, 플래어, 헐레이션,

Description

입사파에 의해 발생되는 반사파를 억제하는 카메라 렌즈 장치{DEVICE FOR CONTROLLING REFLECTION WAVE OF INPUTTED LIGHT IN CAMERA DEVICE}

도 1은 카메라를 구비하는 장치에서 촬영되는 영상신호를 처리하는 절차를 설명하기 위한 도면

도 2는 도 1에서 카메라의 광학부의 종래 구성을 도시하는 도면

도 3a 및 도 3b는 도 2에서 이미지센서부의 구조를 도시하는 도면

도 4a 및 도 4b는 이미지센서부에서 헐레이션이 발생되는 과정을 설명하기 위한 도면

도 5a - 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 광학부의 구성을 도시하는 도면

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 실시예에 따라 반사를 억제하는 렌즈 코팅 특성을 설명하기 위한 도면

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 입사되는 광의 반사를 억제하기 위한 다층 박막 필름의 특성을 도시하는 도면

도 8a 및 도 8b는 상기 도 7과 같은 다층박막필름 코팅한 렌즈의 반사율 특성을 설명하기 위한 도면

도 9은 본 발명의 실시예에 따라 이미지센서부에서 헐레이션 특성을 억제하기 위한 구조를 도시하는 도면

본 발명의 카메라장치의 광학장치에 관한 것으로, 특히 입사되는 광신호의 반사를 억제할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 카메라장치는 렌즈 어레이를 구비하여 입사되는 광신호를 전기적 신호로 변환하고, 이렇게 변환된 전기적신호를 처리하여 원하는 이미지를 처리하여 표시하거나 저장하는 기능을 수행한다. 그리고 상기와 같은 카메라는 휴대단말기 등에 장착되어 복합 기능으로 서비스되고 있다. 특히 휴대전화기의 경우 상기와 같은 카메라가 장착되는 일반적인 추세이다. 그러나 상기와 같은 휴대단말기에 장착되는 카메라는 크기에 제한을 받게되어 해상도를 높이는데 제한을 받게된다.

도 1은 카메라장치에서 촬영되는 영상신호를 처리하여 표시하거나 저장하는 구성을 도시하고 있다.

상기 도 1을 참조하면, 먼저 광학부10은 렌즈어레이를 구비하여 촬영되는 영상의 광신호를 발생한다. 그리고 이미지센서부20은 촬영된 광신호를 전기적신호로 변환하는 기능을 수행한다. 그러면 이미지처리부30은 상기 이미지센서부20에서 출력되는 전기적인 신호를 영상신호로 처리하는 기능을 수행하며, 상기 이미지처리부30에서 처리되는 이미지데이타는 표시부40에 출력되어 표시되거나 또는 메모리50에 저장된다.

이때 상기 도 1과 같은 구성을 가지는 카메라 장치에서 이미지의 해상도에 영향을 미치는 요소는 광학부10을 구성하는 렌즈의 불균일(lens uniformity), 광학부10의 플래어(flare) 현상, 이미지센서부20의 헐레이션(halation) 현상, 그리고 이미지처리부30의 화이트 클립(white clip), 선형성(linerity) 문제, 암전류(dark current), 잡음(noise) 등에 의해 발생될 수 있다. 상기와 같은 문제점들 중에서 가장 큰 문제는 광학부10에서 발생되는 문제이다. 즉, 상기 광학부10에서 이미지 해상도가 저하되면, 뒷단의 이미지처리부30에서 이미지를 개선하는데는 한계가 있기 때문이다. 따라서 먼저 광학부10에서 발생되는 문제 요인들을 해소하는 것이 중요하다.

도 2는 상기 도 1에서 광학부10 및 이미지센서부20에 대한 종래의 구조를 도시하는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 윈도우글래스(window glass)110은 렌즈어레이130의 전면에 위치되며, 상기 렌즈어레이130에 이 물질이 접촉되는 것을 방지하기 위한 유리창이다. 경통(barrel)120은 상기 렌즈어레이130의 렌즈들을 고정시키는 기구물로써, 상기 경통120 내부는 상기 렌즈어레이130의 각 렌즈들을 고정시키기 위한 구조를 가진다. 렌즈어레이130은 입사되는 피사체의 광신호를 집속하는 기능을 수행한다. 상기 렌즈어레이130은 초점렌즈(focusing lens), 변배기 렌즈(variator lens), 보정기 렌즈(compensator lens), 일렉터 렌즈(elector lens) 및 중계기 렌 즈(relay lens) 등으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 각 렌즈들은 각각 대응되는 특성들을 수행하기 위해 다수개의 렌즈들이 배열되는 형태를 가질 수 있다. 그리고 소형 휴대단말기에서 사용되는 렌즈어레이130은 포커싱 렌즈만으로 구성할 수 있다. 상기 포커싱 렌즈는 초점 거리에 상관없이 동일한 물점을 형성하는 기능을 수행한다.

적외선필터(IR filter)141은 입사되는 광신호에서 적외선을 차단하는 기능을 수행한다. 이미지센서143은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 페이스 플레이트161, 마이크로렌즈163 및 포토셀165로 구성된다. 상기 페이스 플레이트(face plate)161은 마이크로렌즈163 및 포토셀165 사이에 위치되며, 상기 마이크로렌즈163과 포토셀165를 연결하는 매개체이다. 상기 마이크로렌즈(micro-lens)163은 상기 적외선필터141을 통과한 광신호를 포토셀에 집속하는 기능을 수행하며, 마이크로렌즈163을 통과하는 광 신호는 하나의 픽셀(pixel)이 된다. 포토셀(photo cell)165는 상기 마이크로렌즈163에서 출력되는 광신호를 전기적 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 여기서 상기 적외선필터141, 페이스플레이트161, 마이크로렌즈163 및 포토셀165는 상기 도 1의 이미지센서부20이 될 수 있다.

여기서 상기 광학부10 및 이미지센서부145는 입사되는 광신호를 광학적 처리 기능을 수행하고, 처리된 신호를 전기적 신호로 변화하는 기능을 수행한다. 이때 상기 광학부10의 각 렌즈어레이130의 코팅 불균일 및 입사되는 광신호의 반사에 의해 원하지 않는 광신호의 특성이 발생될 수 있으며, 또한 이미지센서부20의 헐레이션에 의해 광신호의 특성이 변화될 수 있다.

먼저 상기 광학부10에 의해 촬영되는 광신호의 질이 저하되는 이유를 살펴본다. 상기 광학부10에서 입사되는 광신호가 반사되어 원치않는 광신호를 광학적으로 처리하는 경로는 크게 3가지이다. 그 하나는 윈도우글래스110과 경통120의 구조에 의해 발생되며, 두 번째는 렌즈어레이130에 의해 발생되고, 세 번째는 경통120의 내부 구조에 의해 발생된다.

먼저 상기 도 2에서 윈도우글래스110은 상기 도 2에 도시된 바와 같이 경통120에서 X와 같이 일정 거리 이격되어 설치된다. 즉, 상기 윈도우글래스110은 카메라의 렌즈어레이130에 이물질이 접촉되는 것을 방지하기 위한 유리창으로써, 상기 렌즈어레이130을 고정하는 기구물인 경통120과 이격되어 전면에 설치된다. 따라서 상기 윈도우글래스110과 경통120의 전면부의 이격거리X에 의해 153과 같이 입사되는 광신호의 반사파가 생성된다. 즉, 상기 R1과 같이 입사되는 광신호가 윈도우글래스100을 통과한 후 경통의 전면에서 반사되어 윈도우글래스110에 입사되며, 상기 윈도우글래스110에 입사된 광신호가 상기 윈도우글래스100의 표면에서 다시 반사되어 렌즈어레이130에 입사된다. 따라서 상기 R1과 같이 원치않는 광신호가 렌즈어레이130에 인가되어 광학 처리되어 이미지의 해상도를 저하시키는 요인을 발생한다.

두 번째로 렌즈어레이130의 코팅 불균일에 의해 입사되는 광신호가 반사될 수 있다. 즉, 상기 렌즈어레이130은 다수개의 렌즈들로 구성된다. 도 2의 렌즈어레이130은 상기 포커싱 렌즈가 될 수 있으며, 상기 포커싱 렌즈는 두개의 유리렌즈(glass lens)와 두개의 플라스틱 렌즈(plastic lens)로 구성될 수 있다. 이때 상기 렌즈어레이130을 구성하는 각 렌즈들의 불균일한 코팅에 의해 투과율이 달라질 수 있으며, 이로인해 렌즈들에 의해 원치않는 반사 광신호 R2가 발생될 수 있다.

세 번째로 상기 렌즈어레이130에서 반사되는 광신호가 경통120의 내부에서 반사되어 렌즈어레이130에 재입사될 수 있다. 상기 경통120은 상기 렌즈어레이130의 각 렌즈들을 고정시키기 위한 기구물이다. 그러나 상기 기구물 내부에서 171과 같이 경통120 내부에서 반사되어 원치않는 광신호R3을 발생한다.

상기한 바와 같이 상기 광학부10을 구성하는 렌즈들의 불균일한 코팅, 경통 120의 내부 구조, 그리고 경통120과 윈도우글래스110의 이격에 의해 원치 않는 반사 광신호 R1-R3이 발생되며, 상기 원치않는 반사광신호 R1-R3들에 의해 광학부10의 결상계에서 플래어(flare) 현상 발생된다. 그리고 상기와 같이 원치않는 광신호 R1-R3들은 최종 처리되는 이미지의 해상도를 저하시키는 요인으로 작용한다.

또한 상기 이미지센서부20에서도 원치않는 반사파가 발생될 수 있다.

도 3a는 광학계10와 이미지센서부20 간에 광신호가 입사되는 계통을 도시하는 도면이며, 도 3 b는 도 3a에서 마이크로렌즈163 및 포토셀165의 구조를 도시하는 도면이다. 상기 렌즈어레이130에서 투과되는 광신호는 적외선필터141을 통해 마이크로렌즈163에 인가된다. 그리고 상기 마이크로렌즈163에서 집속(focusing)되는 광신호는 대응되는 포토셀165에 인가되어 전기적 신호로 변환된다. 상기 마이크로렌즈163 및 포토셀165는 쌍을 이뤄 구성되며, 이들의 수는 상기 카메라에서 촬영되는 픽셀 수 만큼 구비하여야 한다. 즉, 상기 카메라가 100만 화소급 카메라인 경 우, 상기 마이크로렌즈163 및 포토셀165의 수는 백만개가 필요하다.

그러나 상기 이미지센서부20은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 페이스플레이트161 및 마이크로렌즈163에 의해 헐레이션 현상이 발생된다. 즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 페이스 플레이트161의 내부에서 반사가 발생되어 헐로(halo)가 발생되며, 도 4b에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈163에서 난반사가 발생되어 헐로가 발생된다.

상기한 바와 같이 광학부10에서 발생되는 플래어 현상과 이미지센서부20에서 발생되는 헐레이션 현상은 처리되는 이미지의 콘트라스트(contrast) 저하, 해상도(resolution) 저하 및 색농도 저하의 중요 요인이 되며, 상기와 같은 이미지의 성능 저하는 뒷단의 이미지처리부30에서 이미지의 성능을 개선하는 노력에도 제한을 가하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 카메라의 광학계에서 발생되는 반사 광신호을 억압할 수 있는 카메라장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 카메라 장치에서 렌즈의 윈도우글래스에서 반사되는 광신호를 억제할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 카메라 장치에서 렌즈에서 반사되는 광신호를 억압할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 카메라 장치에서 렌즈를 고정하는 경통 내부에서 반사되는 광신호를 억압할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 카메라 장치에서 이미지센서에서 발생되는 헐레이션 현상을 제어할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는, 입사되는 광신호를 집속하는 렌즈어레이와, 상기 렌즈어레이에 이물질의 접촉을 방지하는 윈도우글래스와, 상기 렌즈어레이의 렌즈들을 고정하는 기구물인 경통과, 상기 경통의 전면에 접속되며, 상기 윈도우글래스를 고정시키는 후드로 구성되며, 상기 렌즈어레이의 각 렌즈들은 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 경통은 내부가 빛을 흡수하는 물질이 미세한 요철 형태로 도포되어 경통 내부의 표면 반사를 억압하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 후드는 내부가 상기 윈도우글래스가 접촉되는 면에서 상기 렌즈어레이의 최전방의 렌즈가 접촉되는 면까지 상기 입사파의 입사각과 같은 각도로 경사지게 형성되며, 상기 후드의 내부 경사면이 빛을 흡수하는 물질이 미세한 요철 형태로 도포되어 상기 윈도우글래스 및 렌즈의 반사파를 흡수하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 윈도우글래스가 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과 하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는, 입사되는 광신호를 집속하는 렌즈어레이와, 상기 렌즈어레이에 이물질의 접촉을 방지하는 윈도우글래스와, 상기 렌즈어레이의 렌즈들을 고정하는 기구물인 경통과, 상기 경통의 전면에 접속되며, 상기 윈도우글래스를 고정시키는 후드로 구성되며, 상기 렌즈어레이의 각 렌즈들은 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가진다. 그리고 상기 렌즈어레이에서 집속되는 광신호의 적외선을 차단하는 적외선필터와, 상기 적외선필터에서 출력되는 광신호를 각각 픽셀크기의 광신호로 집속하는 다수의 마이크로렌즈들과, 상기 마이크로렌즈에서 출력되는 픽셀 광신호들을 각각 전기적신호로 변환하는 포토셀들과, 상기 마이크로렌즈와 포토셀을 매개하는 포토플레이트로 구성되며, 상기 적외선필터에서 출력되는 광신호를 픽셀 단위의 전기적신호들로 변환하는 이미지센서부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 적외선필터는 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 적외선필터의 표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 이미지센서부는 상기 마이크로 렌즈의 상측에 장착되며 상기 각 측면들의 내부가 검은색으로 코팅되어 상기 마이크로렌즈에서 발생되는 반사파를 흡수하는 디스크를 더 구비한 것으로 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 광학부10의 랜즈코팅 불량 및 경통 내부의 표면 반사에 의한 플래어(flare) 현상 및 이미지센서부20의 헐레이션(halation) 현상을 억압하여 촬영되는 영상의 콘트라스트(contrast) 저하, 해상도(resolution) 저하 및 색농도 저하를 방지한다. 여기서 플래어 현상은 광학부의 반사파에 의해 최종 처리되는 이미지의 밝은 색 주변이 더 밝게 나타나는 현상을 의미한다. 그리고 헐레이션 현상은 이미지센서부에서 픽셀 주위에 원형 및 타원형으로 발생되는 흰색 잡음을 의미한다.

도 5a-도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 카메라의 광학부10의 구성을 도시하는 도면이다. 도 5a는 광학부10에서 경통120 및 렌즈어레이130의 구성을 도시하고 있으며, 여기서 상기 렌즈어레이130은 초점 렌즈로써 4개의 렌즈들로 구성된 예를 도시하고 있다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 윈도우글래스110에서 반사되는 광신호를 억압하기 위한 구성을 도시하고 있다. 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라 경통120의 내부 표면에서 반사되는 광신호를 억압하기 위한 구성을 도시하고 있다. 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 광학부10의 구성을 도시하는 도면으로써, 상기 도 5a에 도 5b 및 도 5c가 결합된 형태를 도시하고 있다.

먼저 상기 도 5a를 참조하면, 먼저 상기 렌즈어레이130의 렌즈511-517은 초점 렌즈로써, 입사되는 광신호를 집속하는 기능을 수행한다. 이때 상기 초점렌즈511-517의 코팅이 불균일하면, 상기 입사되는 광신호를 반사시키게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 사이 초점렌즈511-517의 표면을 다층박막필름(multilayer thin film)으로 코팅하여 렌즈에 의한 반사를 억압한다. 이때 상기 다층박막필름은 입사되는 광신호(입사파)와 반사되는 광신호(반사파)와 위상차가 180도가 되도록 코팅하여 반사파를 억압한다. 상기 다층박막필름은 TiO2, SiO2, MgF, ZnS 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 렌즈511-517과 더불어 적외선필터141을 상기와 같은 다층박막필름으로 코팅하면 상기 반사파의 억압을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.

두 번째로 상기 도 5b를 참조하면, 상기 경통120의 전면에 후드521을 부착하고, 상기 후드521에 상기 윈도우글래스110을 고정한다. 그리고 상기 후드521은 상기 렌즈어레이130의 최전방 렌즈511로부터 멀어질수록 직경이 선형적으로 증가하며 그 단부에 상기 윈도우글래스110이 부착되도록 홈을 설정한다. 이때 상기 최전방렌즈511로부터 멀어질수록 직경이 선형적으로 증가하도록 상기 후드521을 설계하면, 상기 후드521의 내부는 상기 도 5b에 도시된 바와 같이 윈도우글래스110에서 제1렌즈511으로 소정의 경사를 이루게 되며, 이때의 경사각은 상기 입사되는 광신호의 입사각과 동일하게 설정한다. 따라서 상기 윈도우글래스 경통120이 접촉되어 연결되므로 상기 경통120의 전면에서 반사되는 광신호가 윈도우글래스110에서 재반사되어 렌즈어레이130이 인가되는 반사파를 억압할 수 있게 된다. 또한 상기 경통120의 전면부에 부착되는 후드521은 내부가 입사각과 같은 각으로 경사지게 설계되므로, 입사되는 광신호의 반사를 최대한 억제하게 된다. 그리고 상기 윈도우글래스110도 상기 렌즈어레이130과 같이 다층박막필름 코팅을 하면 상기 윈도우글래스110에서 반사되는 광신호를 더욱 효과적으로 억압할 수 있게 된다.

세 번째로 상기 도 5c를 참조하면, 상기 경통120은 상기한 바와 같이 렌즈어레이130을 구성하는 각 렌즈511-517들을 고정하는 기구물이다. 상기 경통120은 길이 방향으로 직경이 다른 적어도 두개의 단들이 형성되고 렌즈어레이130을 고정시키는 홈들이 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 경통120의 내부표면 반사를 억제하기 위하여 도 5c와 같이 반사파를 억압하기 위한 물질들을 도포한다. 여기서 상기 도 5c와 같이 도포되는 물질은 빛을 흡수하는 검은색 계통으로 샌드 블러스팅(sand blasting) 방법으로 표면을 거칠게 또는 미세한 요철 형태로 도포하는 것이 바람직하다. 이때 상기 표면을 거칠게 또는 미세한 요철 형태로 도포하는 이유는 상기 광신호를 효과적으로 흡수하게 하기 위함이다. 그리고 상기와 같은 도포 물질은 상기 후드521의 경사면에도 도포시켜 입사되는 광신호를 흡수할 수 있도록 하면 더욱 효과적이다.

따라서 상기 도 5a와 같은 광학부10의 구성에서 상기 경통120의 전면에 도 5b와 같은 후드를 부착하고, 상기 경통120의 내부에 상기 도 5c와 같이 빛을 흡수 하기 위한 물질을 도포하면 도 5d 와 같은 구성을 가지는 광학부10을 구성할 수 있다. 따라서 상기 도 5d에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광학부10은 상기 경통120의 전면에 후드521을 추가하고, 상기 후드521에 윈도우글래스110을 장착하여 윈도우글래스110 및 경통120에 의해 발생되는 반사파를 억압할 수 있다. 또한 윈도우글래스110, 렌즈어레이120 및 적외선필터141의 표면을 반사파를 억압하기 위한 다층박막필름으로 코팅하여 렌즈에서 반사되는 광신호의 발생을 억압시킨다. 또한 상기 경통120의 내부에 검은색의 재질을 샌드블러스팅 방법으로 거칠게 도포시켜 경통120의 내부표면 반사를 억제한다.

도 6a 및 도 6b는 상기 렌즈어레이130, 윈도우글래스110 및 적외선필터141에서 반사파를 억제하기 위한 코팅(anti-reflection coating)을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 반사파 억제 코팅의 특성을 도시하는 도면이며, 도 6b는 상기 반사파 억제 코팅시 박막필름의 두께를 결정하는 절차를 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 6a는 제1입사파λ1이 A점에 입사되고 제2입사파λ2가 C점에 입사되는 경우를 가정하여 도시하고 있다. 이때 상기 제1입사파λ1이 박막필름 코팅층을 통과한 후 렌즈표면 B점에서 반사될 때, 상기 제1입사파λ1의 반사파가 C점에서 입사되는 제2입사파λ2와 위상차가 180도가 발생되도록 상기 박막필름 코팅의 두께를 설정한다. 이런 경우, C점에서 제1입사파λ1의 반사파와 제 2입사파λ2의 반사파의 위상이 180도 차이가 나면, 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 제1입사파λ1의 반사파와 상기 C점에서 발생되는 제2입사파λ2의 반사파가 서로 상쇄된다

상기한 바와 같이 제1입사파λ1의 반사파와 제2입사파λ2의 반사파의 위상이 180도 차이가 나면 서로 상쇄된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 윈도우글래스110, 렌즈어레이130 및 적외선필터141의 표면에 상기 반사파 억압용 박막필름을 코팅한다. 이때 상기 제1입사파λ1 및 제2입사파λ2의 반사파를 상쇄시키는 중요인자는 박막필름의 재질 및 코팅층의 두께이다. 즉, 상기 박막필름의 재질은 상기 입사되는 광신호의 반사각 및 굴절각을 결정하고, 상기 코팅층의 두께는 반사파들 간의 위상차가 180도가 되도록 하는 거리를 결정한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 박막필름의 재질은 상기한 바와 같이 TiO2, SiO2, MgF, ZnS 등이 될 수 있으며, 상기 코팅 층의 두께는 하기 <수학식 1>에 의해 설정할 수 있다.

상기 <수학식 1>에서 λ1은 제1입사파, λ2는 제2입사파, θ1은 제1입사파의 입사각, θ2는 제1입사파의 굴절각, d는 코팅 층의 두께, n1은 공기의 굴절률, n2는 코팅층의 굴절률, A'C는 제1입사파의 경로, ABC는 제 2 입사파의 경로가 된다.

따라서 상기 <수학식 1>에서와 같이 각 입사파λ1 및 λ2의 위상 θ1 및 θ2의 차이가 180도의 정수배가 되어야 반사파 간의 간섭이 제거된다. 상기와 같은 가정에 따라 상기 <수학식 1>과 같이 식을 전개하면 결과적으로 코팅층의 두께 d를 구할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 단파장의 반사파를 억압하는 코팅의 예를 도시하고 있다. 그러나 상기 입사되는 광신호는 가시광선 이외에 적외선 및 적외선 등을 포함하고 있다. 그리고 상기 가시광선은 다수의 파장(wave length)을 가지는 신호들이다. 즉, 상기 입사되는 상기 가시광선을 광학처리하기 위해서는 각 신호의 파장에 따라 대응되는 다층박막필름 코팅을 하여야 한다. 즉, 상기 입사되는 광신호의 반사파를 억압하기 위해서는 광신호를 구성하는 각 신호들의 파장들에 따라 각각 대응되는 박막필름들을 다층으로 형성하여 코팅하여야 한다. 도 7은 상기 다수의 파장들을 가지는 광신호의 입력 반사파들을 억압하는 코팅 예를 도시하고 있다.

상기 도 7을 참조하면, 입사되는 광신호(incident light)는 서로 다른 파장을 가지는 신호들이다. 따라서 이들 각 신호들에 대응되는 재질 및 두께로 박막필름 코팅을 한다. 이때 상기 코팅되는 박막필름의 재질은 상기한 바와 같으며, 코팅 층의 두께는 상기 <수학식 1>에 의해 결정된다. 상기 가시광선의 파장은 대략 390nm - 780nm이다. 그리고 상기 가시광선의 파장을 상세히 분류하면, 780∼622nm는 빨강, 622∼597nm는 주황, 597∼577nm는 노랑, 577∼492nm는 초록, 492∼455nm는 파랑, 455∼390nm는 보라가 된다.

상기와 같은 가시광선의 파장들이 입사될 때 이들 각 파장들에 대한 상기 반 사파들을 억압하기 위하여 렌즈어레이130 등의 표면에 다층박막필름을 도 7과 같이 코팅한다. 이때 영상처리시 중요한 파라미터로 사용되는 R(red), G(green), B(blue)의 반사파 억압은 필수적이다. 따라서 상기 렌즈어레이130, 윈도우글래스110 및 적외선필터141의 다층 박막필름 코팅시 상기 R,G,B신호의 반사파를 억제할 수 있도록 코팅하여야 한다. 따라서 상기 도 7의 711-719와 같이 코팅층을 형성하면, 도 8a에 도시된 751-759와 같이 해당 코팅층에 의해 대응되는 입사파의 반사파들을 억압할 수 있다. 상기와 같이 렌즈어레이130 등에 상기 도 7과 같은 다층 박막 필름 코팅을 하면 도 8b와 같이 가시광선 대역의 파장들에 대한 반사파들을 억압할 수 있다. 상기 도 7과 같이 가시광선 영역의 몇개의 파장에 대하여 다층 박막 필름으로 코팅(Anti-reflection coating)을 행할 경우 도 8a와 같이 각 파장들에 대하여 반사율이 결정되고, 이를 종합하면 도 8b와 같이 전 파장에 대하여 반사파를 억압할 수 있게 된다.

도 9는 이미지센서부20에서 발생되는 헐레이션을 억압하는 구조를 도시하는 도면이다.

상기 도 9를 참조하면, 상기 이미지센서부20을 구성하는 각 이미지센서들은 상기한 바와 같이 카메라에서 촬영되는 영상의 화소수만큼 구비되며, 상기 이미지센서는 페이스플레이트161을 매개로하여 마이크로렌즈163 및 포토셀165가 쌍으로 구성된다. 그리고 상기 마이크로렌즈163과 접촉되는 페이스플레이트161의 상단에 디스크911을 설치한다. 여기서 상기 디스크(anti-halation disk)911의 내부(마이크로렌즈를 둘러싸고 있는 내측)에 검은색 재질의 물질을 도포한다. 그러면 상기 마 이크로렌즈163에서 반사되는 광신호 및 페이스플레이트161에서 반사되는 광신호가 상기 도 9에 도시된 바와 같이 디스크911의 측면에서 흡수되어 반사파가 억압된다.

상술한 바와 같이 카메라 장치에서 광학부가 렌즈어레이, 윈도우글라스, 경통 내부 및 마이크로 렌즈에서 입사되는 광선의 반사파를 억압하므로써, 최종 처리되는 이미지의 해상도, 콘트라스트 및 색농도들을 향상시킬 수 있다. 특히 상기와 같은 광학부를 사용하는 경우, 뒷단의 이미지처리부에서 양질의 광신호를 처리할 수 있게되어 최종 표시되는 이미지의 화질을 효과적으로 개선할 수 있는 이점이 있다.

Claims

카메라 장치에 있어서,

입사되는 광신호를 집속하는 렌즈어레이와,

상기 렌즈어레이에 이물질의 접촉을 방지하는 윈도우글래스와,

상기 렌즈어레이의 렌즈들을 고정하는 기구물인 경통과,

상기 경통의 전면에 접속되며, 상기 윈도우글래스를 고정시키는 후드로 구성되며,

상기 렌즈어레이의 각 렌즈들은 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제1항에 있어서, 상기 경통은 내부가 빛을 흡수하는 물질이 미세한 요철 형태로 도포되어 경통 내부의 표면 반사를 억압하는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제1항에 있어서, 상기 후드는 내부가 상기 윈도우글래스가 접촉되는 면에서 상기 렌즈어레이의 최전방의 렌즈가 접촉되는 면까지 상기 입사파의 입사각과 같은 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제3항에 있어서, 상기 후드의 내부 경사면이 빛을 흡수하는 물질이 미세한 요철 형태로 도포되어 상기 윈도우글래스 및 렌즈의 반사파를 흡수하는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제1항에서 상기 윈도우글래스가 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제1항에 있어서,

상기 렌즈어레이에서 집속되는 광신호의 적외선을 차단하는 적외선필터와,

상기 적외선필터에서 출력되는 광신호를 각각 픽셀크기의 광신호로 집속하는 다수의 마이크로렌즈들과, 상기 마이크로렌즈에서 출력되는 픽셀 광신호들을 각각 전기적신호로 변환하는 포토셀들과, 상기 마이크로렌즈와 포토셀을 매개하는 포토플레이트로 구성되며, 상기 적외선필터에서 출력되는 광신호를 픽셀 단위의 전기적신호들로 변환하는 이미지센서부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제6항에 있어서, 상기 적외선필터가 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 적외선필터의 표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제6항에 있어서, 상기 이미지센서부가, 상기 마이크로 렌즈의 상측에 장착되며 상기 각 측면들의 내부가 검은색으로 코팅되어 상기 마이크로렌즈에서 발생되는 반사파를 흡수하는 디스크를 더 구비한 것으로 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
카메라 장치에 있어서,

입사되는 광신호를 집속하는 렌즈어레이와,

상기 렌즈어레이에 이물질의 접촉을 방지하는 윈도우글래스와,

상기 렌즈어레이의 렌즈들을 고정하며, 내부가 빛을 흡수하는 물질이 미세한 요철 형태로 도포되어 내부 표면 반사를 억압하는 경통과,

일측이 상기 경통의 전면에 접속되고 타측이 상기 윈도우글래스를 고정시키 며, 내부가 상기 윈도우글래스가 접촉되는 면에서 상기 렌즈어레이의 최전방의 렌즈가 접촉되는 면까지 상기 입사파의 입사각과 같은 각도로 경사지게 형성되는 후드로 구성되며,

상기 렌즈어레이의 각 렌즈들은 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제9항에서 상기 윈도우글래스가 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 렌즈표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제9항에 있어서,

상기 렌즈어레이에서 집속되는 광신호의 적외선을 차단하는 적외선필터와,

상기 적외선필터에서 출력되는 광신호를 각각 픽셀크기의 광신호로 집속하는 다수의 마이크로렌즈들과, 상기 마이크로렌즈에서 출력되는 픽셀 광신호들을 각각 전기적신호로 변환하는 포토셀들과, 상기 마이크로렌즈와 포토셀을 매개하는 포토플레이트로 구성되며, 상기 적외선필터에서 출력되는 광신호를 픽셀 단위의 전기적신호들로 변환하는 이미지센서부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제11항에 있어서, 상기 적외선필터가 가시광선 대역의 파장들의 반사파를 억압하기 위하여 다층의 박막필름들로 코팅되고, 상기 코팅된 박막필름들은 박막필름을 투과하여 반사되는 반사파들의 위상을 상기 적외선필터의 표면에서 반사되는 반사파와 역위상이 되도록 하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.
제11항에 있어서, 상기 이미지센서부가, 상기 마이크로 렌즈의 상측에 장착되며 상기 각 측면들의 내부가 검은색으로 코팅되어 상기 마이크로렌즈에서 발생되는 반사파를 흡수하는 디스크를 더 구비한 것으로 특징으로 하는 상기 카메라의 광학장치.