KR101626000B1 - 개선된 필터 구조를 갖춘 디지털 카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 개선된 필터 구조를 갖춘 디지털 카메라가 개시된다. 상기 디지털 카메라는 피사체의 영상을 전기적인 영상신호를 변환해주는 이미지 센서와, 이미지 센서의 전방에 배치되어 피사체의 광 경로를 개폐하는 셔터부와, 이미지 센서보다 셔터부에 가깝게 배치된 적외선 차단필터를 포함한다.

본 발명에 의하면, 의도하지 않은 이물의 인입으로 인한 영상 노이즈가 원천적으로 제거될 수 있는 디지털 카메라가 제공된다.

Description

개선된 필터 구조를 갖춘 디지털 카메라{Digital camera having improved filter structure}

본 발명은 디지털 카메라에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 의도하지 않은 이물의 인입으로 인한 영상 노이즈가 제거될 수 있는 디지털 카메라에 관한 것이다.

종래 디지털 카메라에 장착되는 적외선 차단필터(IRCF, Infra-Red Cut Filter)는 글라스 기재로 구성되므로, 규소와 같은 유리분말이 이미지 센서 상에 부착됨으로써 의도하지 않은 영상 노이즈가 발생되는 문제가 있었다. 또한, 종래의 디지털 카메라에서는 피사체의 광 경로 상에 적외선 차단필터가 고정적으로 장착됨으로써 적외선 빛을 배제한 가시적인 광을 기록하기 위한 통상의 촬영 모드와, 적외선 빛을 포함하는 광대역의 광을 기록하기 위한 적외선 촬영 모드를 함께 지원하는 것이 구조적으로 불가능하였다.

본 발명의 목적은 의도하지 않은 영상 내로 이물이 인입되는 현상이 방지되는 디지털 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 적외선 빛을 배제한 가시적인 광으로부터 영상 데이터를 생성해내는 일반적인 촬영 모드와, 적외선 빛을 포함하는 광대역 빛으로부터 영상 데이터를 생성해내는 적외선 촬영 모드를 함께 지원할 수 있는 디지털 카메라를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 카메라는, 피사체의 영상을 전기적인 영상신호를 변환해주는 이미지 센서;

상기 이미지 센서의 전방에 배치되어 피사체의 광 경로를 개폐하는 셔터부; 및

상기 이미지 센서보다 상기 셔터부에 가깝게 배치된 적외선 차단필터;를 포함한다.

바람직하게, 상기 적외선 차단필터는 피사체의 광 경로 상에 놓이는 제1 위치와 광 경로 상에서 벗어난 제2 위치 사이에서 구동될 수 있다. 상기 디지털 카메라는 제1, 제2 위치 사이에서 적외선 차단필터를 힌지 구동 또는 슬라이딩 구동시키는 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 적외선 차단필터는 적어도 하나 이상의 유연한 기능성 필 름을 포함하는 필름 형태를 취한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 적외선 차단필터는 상기 셔터부에 장착된다. 이때, 상기 셔터부는 피사체의 광 경로를 개폐하는 셔터와, 적어도 하나의 광학렌즈를 포함하는 조립체로 구성될 수 있다. 또한, 상기 셔터부는 광축 방향을 따라 망원 위치와 광각 위치 사이에서 전후로 이동하며 줌 동작을 구현할 수 있다.

상기 적외선 차단필터가 광 경로 상의 제1 위치와 광 경로에서 벗어난 제2 위치 사이에서 위치 전환이 가능하게, 상기 셔터부에는 적외선 차단필터의 위치전환신호를 중계하는 유연성 회로기판이 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 적외선 차단필터는 상기 셔터부 중에서 피사체 빛이 관통하는 입사동의 후방에 배치될 수 있다.

본 발명에서는 필름형태의 적외선 차단필터가 마련되므로, 경성의 글라스 형태의 적외선 차단필터에서는 불가피하게 여겨지던 이물의 영상 인입을 원천적으로 해소할 수 있으므로, 노이즈가 없는 선명하고 깨끗한 이미지를 획득할 수 있다.

또한, 상기 적외선 차단필터를 최소 빔경으로 수렴되는 셔터 블록 또는 적어도 상기 셔터 블록에 인접한 위치에 배치함으로써 최소의 필터면적으로 원하는 적외선 차단 기능을 수득할 수 있다.

또한, 광 경로 상의 제1 위치와 광 경로 상에서 벗어난 제2 위치 간에 위치 전환이 가능하도록 적외선 차단필터는 장착함으로써 가시적인 빛으로부터 영상기록을 수행하는 통상의 촬영 모드와, 적외선 빛을 포함하는 광대역 빛으로부터 영상기 록을 수행하는 적외선 촬영 모드를 선택적으로 지원할 수 있는 디지털 카메라가 제공될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 디지털 카메라에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 통하여 디지털 카메라란 적정의 촬영 기능을 갖춘 디지털 모바일 기기로서, 단순히 카메라라는 형태적인 특징에 기반하여 분류된 협의의 카메라만을 의미하는 것은 아니며, 캠코더, 휴대폰, PDA 등과 같이 휴대성과 촬영 기능을 겸비한 디지털 기기들을 모두 포괄하는 광의적인 의미로 사용된다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 디지털 카메라의 주요 부분을 도시한 것으로, 디지털 카메라의 경통 구조를 도시한 단면도이다. 도면들에서는 촬영 여부에 따라 진퇴동작을 수행하도록 접철식 구조로 이루어진 침통식 경통 구조가 예시되어 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않으며, 이하에서 설명되는 기술적 원리는 카메라 외관상으로 돌출 구조를 구비하지 않는 굴곡형 경통 구조에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2는 촬영시 외부로 인출된 상태의 경통 구조를 도시한 수직 단면도로서, 각기 망원(wide) 줌과 광각(tele) 줌으로 조정된 상태를 도시하고 있다. 도시된 경통 구조는 접철식 구조를 갖는 경통 케이스(100)와, 상기 경통 케이스(100) 내에 수용되는 적어도 하나 이상의 렌즈 조립체(L1,L2,L3)를 포함하고, 상기 렌즈 조립체(L1,L2,L3)를 통하여 입사된 피사체의 상을 전기적인 영상신호로 변환하기 위한 이미지 센서(160)와, 상기 이미지 센서(160)로의 노출을 제어하기 위한 셔터(S)를 포함한다.

상기 경통 케이스(100)는 카메라 본체에 고정적으로 장착되는 고정 배럴(120)과, 촬영시에 고정 배럴(120)의 내측으로부터 외부로 인출되는 이동 배럴(141,142)을 포함한다. 예를 들어, 상기 고정 배럴(120)은 렌즈 베이스(121)와 반경 방향으로 최 외곽에 배치되는 원통 형상의 가이드 배럴(130)을 포함한다.

상기 이동 배럴(141,142)은 고정 배럴(120)의 내부에 수용되고 고정 배럴(120)에 대해 진퇴 움직임이 가능한 제1 이동 배럴(141)과, 상기 제1 이동 배럴(141)의 내부에 수용되고 상기 제1 이동 배럴(141)에 대해 진퇴 움직임이 가능한 제2 이동 배럴(142)을 포함한다. 상기 이동 배럴(141,142)은 카메라의 촬영시에 전방으로 전진하여 고정 배럴(120)의 외부로 인출되며, 카메라의 비 촬영시에 후방으로 후퇴하여 고정 배럴(120)의 내부로 인입된다. 예를 들어, 이동 배럴(141,142)의 진퇴동작은 캠-팔로워(124,145, cam-follower) 기구에 의해 안내되며, 고정 배럴(120)과 제1 이동 배럴(141)의 원통 면, 그리고, 제1 이동 배럴(141)과 제2 이동 배럴(142)의 원통 면에는 캠-팔로워 기구(125,145)가 마련된다.

상기 제1 내지 제3 렌즈 조립체(L1,L2,L3) 각각은 적어도 하나 이상의 광학 렌즈(101,102,103)와, 상기 광학 렌즈(101,102,103)를 장착하는 렌즈 고정부(111,112,113)를 포함한다. 그리고, 상기 제1 내지 제3 렌즈 조립체(L1,L2,L3) 중 적어도 하나는 광축(O) 방향을 따라 전후방향으로 이동하면서 광각(wide)과 망원(tele) 간의 전환동작을 수행하며 줌-인(zoom-in) 또는 줌-아웃(zomm-out)을 구현한다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈 조립체(L2)는 미도시된 구동모터와 동력 연결됨 으로써 전후방향으로 진퇴동작을 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 렌즈 조립체(L2)는 경통 내부를 가로질러 연장되는 구동 샤프트(180)에 끼워 조립된다. 구동모터(미도시)에 동작신호가 인가됨에 따라 구동모터와 동축으로 연결된 구동 샤프트(180)가 회전하게 되고, 구동 샤프트(180) 상에 형성된 나선상의 리드 스크루를 따라 제2 렌즈 조립체(L2)가 전후로 이동하게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 망원(tele) 상태에서는 제2 렌즈 조립체(L2)가 전방으로 전진하여 제1 렌즈 조립체(L1)에 가깝게 접근하고, 광각(wide) 상태에서는 후방으로 후퇴하여 제3 렌즈 조립체(L3)에 가깝게 접근하게 된다.

상기 렌즈 조립체들(L1,L2,L3)을 통하여 입사된 피사체의 빛은 이미지 센서(160)의 결상 면 상에 맺히고, 이미지 센서(160)에서 피사체 영상을 나타내는 1 화면 분의 영상 데이터로 변환된다. 피사체 상이 유입되는 광 경로 상에는 이미지 센서(160)로의 노출을 조정하기 위한 셔터(S)가 배치된다. 상기 셔터(S)의 개방/폐쇄 동작은 카메라 본체로부터 수신되는 셔터제어신호에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 셔터(S)에는 셔터제어신호를 적정의 구동신호로 변환하고, 구동 액츄에이터와 일체화된 회로 보드(P)가 장착될 수 있다. 상기 회로 보드(P)와 카메라 본체(미도시) 사이에는 셔터제어신호 등의 신호중계를 담당하는 유연성 회로기판(150)이 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 셔터(S)는 제2 렌즈 조립체(L2)와 함께 일체적으로 모듈화된 하나의 셔터 블록(SB)을 구성할 수 있고, 상기 셔터 블록(SB)은 제2 렌즈 조립체(L2)와 일체적으로 진퇴동작을 수행할 수 있으며, 상기 유연성 회로기판(150)은 셔터 블록(SB)의 구동에 따라 유연하게 변형되면서 견고한 접속상태를 이룰 수 있다.

상기 셔터 블록(SB)에는 적외선 차단필터(IRCF, Infra-Red Cut Filter)가 배치된다. 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 피사체 빛에 포함된 적외선 성분을 선택적으로 배제시킴으로써, 이미지 센서(160)에 대해 가시광 성분만을 입사시키고 인간의 시각으로 감지될 수 있는 가시적인 빛으로부터 피사체 영상신호가 생성되게 한다. 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 피사체의 광 경로 상에 배치되며, 피사체 빛이 최소 단면적으로 수렴하는 셔터의 입사동 근처(후방) 배치시킴으로써, 적은 필터 면적으로도 유효한 적외선 차단 효과를 발휘할 수 있다.

한편, 본 발명의 디지털 카메라에서는 적외선 빛을 배제하고 가시적인 빛으로부터 영상신호를 출력해내는 통상의 촬영 모드는 물론이고, 적외선 빛을 포함하는 광대역의 빛으로부터 영상 신호를 출력해내는 적외선 촬영 모드도 지원할 수 있도록 상기 적외선 차단필터(IRCF)의 스위칭 구조를 마련할 수 있다.

예를 들어, 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 구동 액츄에이터(미도시)와 동력 연결됨으로써 적정의 구동신호에 따라 피사체의 광 경로 상으로 진입하거나 또는 광 경로에서 벗어나도록 힌지 구동 또는 슬라이딩 구동될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 경통 구조는 미 도시된 카메라 본체와 결합을 이루어 카메라를 구성하게 된다. 상기 카메라 본체는 이미지 센서(160)로부터 전달된 피사체의 영상신호를 가공처리하여 적정의 파일 형태로 저장하기 위한 회로구성들을 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4에는 적외선 차단필터(IRCF)의 장착 구조를 보여주는 사시도와 평면도가 도시되어 있다. 도면들을 함께 참조하면, 셔터 블록(SB)의 대략 중앙위치에서는 피사체 빛이 통과하는 입사동(SB`)이 마련되어 있고, 상기 입사동(SB`) 주변에는 적외선 차단필터(IRCF)가 장착되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 입사동(SB`)으로 진입한 제1 위치(P1)와 입사동(SB`)에서 벗어난 제2 위치(P2) 간에 위치 전환이 가능한 힌지 방식 또는 슬라이딩 방식으로 구동될 수 있고, 미 도시된 구동 액츄에이터에 동력 연결되어 제1, 제2 위치(P1,P2) 사이에서 동작될 수 있다. 제1 위치(P1)의 적외선 차단필터(IRCF)는 적외선을 배제한 가시적인 빛이 이미지 센서(160) 상에 결상되도록 함으로써 통상의 촬영 모드를 지원하게 되고, 제2 위치(P2)의 적외선 차단필터(IRCF)는 적외선을 포함하는 광대역 빛이 이미지 센서(160) 상에 결상되도록 함으로써 적외선 촬영 모드를 지원하게 된다. 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 카메라 본체로부터 수신되는 스위칭 신호에 따라 제1 위치/제2 위치(P1/P2)로 전환될 수 있고, 적외선 차단필터(IRCF)를 제어하는 스위칭 신호는 카메라 본체와 셔터 블록(SB) 간의 신호 중계를 담당하는 유연성 회로기판(150)을 통하여 수신될 수 있다.

상기 적외선 차단필터(IRCF)는 필름형태로 마련되는 것이 바람직하다. 여기서, 필름형태란 경성의 글라스기판을 배제하고 적어도 하나 이상의 유연성 필름으로 구성된 형태를 말한다. 적외선 차단필터(IRCF)는 적외선 차단 기능을 위주로 편성되지만, 적외선 차단이라는 단일 기능만 갖도록 구성되거나 또는 적외선 차단 이외의 다른 기능도 함께 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 저역 통과 필터(low pass filter) 또는 반사방지(anti-reflection)의 기능을 포함할 수 있고, 서로 다른 기능성 필름이 접착성분을 개재하여 부착된 적층 필름형태의 적외선 차단필터(IRCF)가 마련될 수 있다.

도 5에는 적외선 차단필터(IRCF)의 단면구조를 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 적외선 차단필터(IRCF)는 양쪽 외표면을 형성하는 제1, 제2 반사방지 필름(210,220)을 포함하고, 상기 제1, 제2 반사방지필름(210,220)의 내측으로는 접착층(250)을 개재하여 마주보게 결합된 적외선 차단필름(230)과 저역 통과 필름(240)을 포함한다. 예를 들어, 상기 적외선 차단필름(230)은 산화 티탄층과 이산화규소층이 교대로 적층된 필름으로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 저역 통과 필름(240)은 저역 통과 기능을 갖는 복굴절판이나 또는 회절 격자형 광학적 저역 통과 필름 등으로 구성될 수 있다. 상기 제1, 제2 반사방지필름(210,220)은 산화 규소, 산화 티탄, 불화 마그네슘, 질화 규소, 또는 산화 알루미늄 등을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 디지털 카메라의 주요 부분을 도시한 단면도로서, 각기 망원(wide) 줌과 광각(tele) 줌 상태를 보여준다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에서 적용될 수 있는 적외선 차단필터(IRCF)의 장착구조를 보여주는 사시도 및 평면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에서 적용될 수 있는 적외선 차단필터의 단면 구조를 보여주는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 경통 케이스 101,102,103: 광학렌즈

111,112,113: 렌즈 고정부 120: 고정 배럴

121: 렌즈 베이스 125,145: 캠-팔로워 기구

130: 가이드 배럴 141: 제1 이동 배럴

142: 제2 이동 배럴 150: 유연성 회로기판

160: 이미지 센서 180: 구동 샤프트

L1: 제1 렌즈 조립체 L2: 제2 렌즈 조립체

L3: 제3 렌즈 조립체 S: 셔터

SB: 셔터 블록 SB`: 셔터 블록의 입사동

IRCF: 적외선 차단필터 P: 회로 보드

Claims (9)

1. 피사체의 영상을 전기적인 영상신호를 변환해주는 이미지 센서;

   상기 이미지 센서의 전방에 배치되어 피사체의 광 경로를 개폐하는 셔터부; 및

   상기 이미지 센서보다 상기 셔터부에 가깝게 배치된 적외선 차단필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적외선 차단필터는 피사체의 광 경로 상에 놓이는 제1 위치와 광 경로 상에서 벗어난 제2 위치 사이에서 구동되는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1, 제2 위치 사이에서 상기 적외선 차단필터를 힌지 구동 또는 슬라이딩 구동시키는 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
4. 제1항에 있어서,

   상기 적외선 차단필터는 적어도 하나 이상의 유연한 기능성 필름을 포함하는 필름 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
5. 제1항에 있어서,

   상기 적외선 차단필터는 상기 셔터부에 장착되는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
6. 제5항에 있어서,

   상기 셔터부는 피사체의 광 경로를 개폐하는 셔터와, 적어도 하나의 광학렌즈를 포함하는 조립체인 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
7. 제5항에 있어서,

   상기 셔터부는 광축 방향을 따라 망원 위치와 광각 위치 사이에서 전후로 이동하며 줌 동작을 구현하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
8. 제5항에 있어서,

   상기 적외선 차단필터는 광 경로 상의 제1 위치와 광 경로에서 벗어난 제2 위치 사이에서 위치 전환되고, 상기 셔터부에는 상기 적외선 차단필터의 위치전환신호를 중계하는 유연성 회로기판이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.
9. 제5항에 있어서,

   상기 적외선 차단필터는 상기 셔터부 중에서 피사체 빛이 관통하는 입사동의 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라.

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