KR101686918B1 - 광학 이미지 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치는, 외부로부터 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제1경계면을 형성하는 제1직각 프리즘 및 제2직각 프리즘을 포함하는 프리즘 구조체를 포함하되, 상기 제2직각 프리즘은 서로 접하여 제2경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 직각 프리즘을 포함할 수 있다.

Description

광학 이미지 검출 장치{OPTICAL IMAGE DETECTING APPARATUS}
본 발명은 프리즘을 이용한 광학 이미지 검출 장치에 관련된 것으로, 더욱 구체적으로는 투과 및 반사도가 각각 50%인 제1경계면과, 반사도가 100%인 제2경계면을 갖는 프리즘을 이용한 광학 이미지 검출 장치에 관련된 것이다.
도1a는 종래기술에 따른 3CCD 또는 3CMOS 방식의 이미지 센서에서 각 컬러 영상을 입력 받는 방식을 나타내는 개념도이다. 도1a를 참조하면 프리즘에 입사된 백생광은 각각 RGB 파장대 별로 나뉘어서 출력된다. 그리고 각각 출력되는 RGB 파장대 광은 각 복수의 이미지 센서로 입력된다. 구체적으로 프리즘에 입사된 빛은 도1a에 나타난 바와 같이 첫번째 면은 2/3을 투과하고, 두 번째 면은 1/2를 투과하게 된다.
이와 같은 종래기술에 있어서, 복수의 이미지 센서를 이용해 대면적 이미지를 수신하기 위해서는 파장별로 빛을 분할하는 것이 아니라 전체 빛을 특정 비율로 분할하여 이미지 센서의 위치를 시프트 하는 방식으로 구현할 수 있다.
그러나 이러한 종래기술의 방식은 각 이미지센서로 들어오는 빛의 세기가 원래 입력된 영상의 1/3로 감소되어 밝기 감소량이 매우 크며, 3개로 분할된 영상이 하나로 만들어지기 위해서는 각각의 이미지센서에서 입력받는 이미지는 서로 중첩된 부분이 존재해야 하는 문제점이 있다.
도1b는 종래 방식에 따른, 입력된 이미지 영상을 복수 경로로 반사하기 위한 프리즘 블록을 나타낸다. 도1b를 참조하면 프리즘 블록은 서로 적층된 블록들로 구성된다. 그러나 이 경우 적층된 블록 상하 경계면에서 영상품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 이러한 영상품질의 저하는 검사 신뢰성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
한국등록특허 10-1233816
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 다수의 경로로 분할된 빛의 광도 저하가 크지 않고, 경계면에 의한 영상품질 저하가 없는 프리즘(빔스플리터)가 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치는, 외부로부터 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제1경계면을 형성하는 제1직각 프리즘 및 제2직각 프리즘을 포함하는 프리즘 구조체를 포함하되, 상기 제2직각 프리즘은 서로 접하여 제2경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 직각 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 제1경계면은 투과 및 반사도가 각각 50%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 제2경계면은 반사도 100%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 제2직각 프리즘은 상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상이 입사되도록 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상을 획득하는 제1이미지 센서, 상기 제1경계면에 반사된 이미지 영상을 획득하는 제2이미지 센서 및 상기 제1경계면을 투과하고 상기 제2경계면에 반사된 이미지 영상을 획득하는 제3이미지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 프리즘 구조체로부터 출력된 이미지 영상을 입사 받아, 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제3경계면을 형성하는 제3직각 프리즘 및 제4직각 프리즘을 포함하는 복수의 추가 프리즘 구조체를 포함하되, 상기 제4직각 프리즘은 서로 접하여 제4경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 직각 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 프리즘 구조체로부터 출력된 이미지 영상은, 상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상, 상기 제1경계면에 반사된 이미지 영상 및 상기 제1경계면을 투과하고 상기 제2경계면에 반사된 세 개의 이미지 영상이며, 상기 복수의 추가 프리즘 구조체는 상기 세 개의 이미지 영상을 각각 입사 받는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 광학 이미지 검출 장치는, 상기 복수의 추가 프리즘 구조체로부터 출력되는 각 이미지 영상을 각 획득하는 복수의 이미지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치를 이용하면, 종래기술에서와 같이 영상의 밝기가 1/3 로 줄어들지 않고 대략 1/2정도만 줄어들게 되어 밝기 손실이 최소화되는 이점이 있으며, 적층된 블록에 이미지 영상이 입력되는 것이 아니므로 적층된 부분에 의해 발생되는 오차에 대한 문제도 발생되지 않는 이점이 있다.
도1a은 종래기술에 따라 3CCD 또는 3CMOS 방식으로 이미지 센서에서 각 컬러 영상을 입력 받는 방식을 나타내는 개념도이다.
도1b는 종래 방식에 따른, 입력된 이미지 영상을 복수 경로로 반사하기 위한 프리즘 블록을 나타낸다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치(1000)의 개략적인 개념도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치의 개략적인 개념도이다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치의 이미지 센서의 배열을 나타내는 도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치(1000)의 개략적인 개념도이다. 도2a를 참조하면 광학 이미지 검출 장치(1000)는 외부로부터 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제1경계면(110)을 형성하는 제1직각 프리즘(101) 및 제2직각 프리즘(102,103)을 포함하는 프리즘 구조체(100)를 포함하며, 상기 제2직각 프리즘(102, 103)은 서로 접하여 제2경계면(120)을 형성하는 적어도 두 개의 서브 직각 프리즘(102,103)을 포함한다.
일 예에서 상기 프리즘 구조체(100)를 구성하는 제1직각 프리즘(101) 및 제2직각 프리즘(102,103)은 길이형상의 직각 프리즘으로, 상기 프리즘 구조체(1000)는 육면체 구조를 가질 수 있다. 또한 직각 프리즘의 길이는 이미지 영상의 면적에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에서 외부(P)로부터 본 발명의 프리즘 구조체(100)로 입사되는 이미지 영상은 도2a에 나타난 바와 같이 세 개의 경로(a,b,c)로 분기되어 진행될 수 있다. 이와 같은 세 개의 경로는 프리즘 구조체에 형성된 제1경계면(110) 및 제2경계면(120)에 의해 구현될 수 있다.
제2직각 프리즘은 도2a에 도시된 바와 같이 두 개의 서브 직각 프리즘(102,103)이 접하여 형성될 수 있다. 이에 따라서 제2직각 프리즘은 제1경계면(110)을 투과한 이미지 영상이 입사되도록 도2a에 도시된 바와 같이 제1경계면(110)의 후면부에 위치될 수 있다.
일 실시예에서 제1경계면(110) 및 제2경계면(120) 사이의 각 투과 및 반사도는 소정 비율로 설정될 수 있다. 예컨대 제1경계면(120)은 투과 및 반사도가 각각 약 50%일 수 있으며, 바람직하게는 정확하게 50%인 것이 요구된다. 또한 제2경계면(120)은 반사도가 약 100%일수 있으며, 바람직하게는 정확하게 100%일 수 있다.
또한 제1경계면(110)은 도2a에 도시된 바와 같이 입사되는 이미지 영상을 수신하여, 일부는 입사 방향으로 투과시키고(a,c), 다른 일부는 입사 방향과 다른 방향으로 반사시킬 수 있다.
또한 제1경계면(110)을 투과한 이미지 영상 중 일부(a)는 서브 직각 프리즘(102)을 투과하여 프리즘 구조체(100) 외부로 출력되며, 제1경계면(100)을 투과한 이미지 영상 중 다른 일부(c)는 제2경계면(120)에 반사되어 서브 직각 프리즘(130)을 투과하여 프리즘 구조체 외부로 출력될 수 있다.
다른 일 실시예에서 광학 이미지 검출 장치(1000)는 상기 제1경계면(110)을 투과한 이미지 영상을 획득하는 제1이미지 센서(10), 상기 제1반사면(110)에 반사된 이미지 영상을 획득하는 제2이미지 센서(20) 및 상기 제1경계면(110)을 투과하고 상기 제2경계면(120)에 반사된 이미지 영상을 획득하는 제3이미지 센서(30)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 제1이미지 센서(10)는 도2a에서 경로(a)에 따라 진행하는 이미지 영상을 획득하며, 제2이미지 센서(20)는 경로(b)에 따라 진행하는 이미지 영상을 획득하며, 제3이미지 센서(30)는 경로(c)에 따라 진행하는 이미지 영상을 획득할 수 있다. 각각의 이미지 영상은 투과도 50%인 제1경계면(110)을 투과하여 밝기가 50%정도 감소될 수 있다.
즉 제2경계면(120)은 제1경계면(110)입사되는 이미지 영상의 일부를 받는다. 상술한 경로a,b,c 를 실현 시키기 위해, 도2a에 나타난 바와 같이 제1경계면(110)의 중심 부분에서 제2경계면(120)이 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
또한 이러한 이미지 센서는 도2b에 도시된 바와 같이 직렬로 배치가 가능하다. 이 경우 촬영된 이미지 즉, 카메라의 시야범위(FOV)는 도2b와 같이 표현될 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치의 개략적인 개념도이다. 도3을 참조하면 광학 이미지 검출 장치는 도2a에서 설명한 프리즘 구조체(100)외에 복수의 추가 프리즘 구조체(200-400)를 더 포함한다.
각각의 추가 프리즘 구조체(200-400)는 프리즘 구조체(100)에서 출력되는 이미지 영상을 수신받아 프리즘 구조체와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 상기 동일한 기능은 입사되는 광을 세 개의 경로로 분기시켜 출력하는 것을 포함한다.
일 실시예에서 상기 추가 프리즘 구조체(200-400) 각각은 프리즘 구조체(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제3 경계면을 형성하는 두 개의 직각 프리즘을 포함하며, 상기 두 개의 직각 프리즘 중에서 입사 방향을 기준으로 상기 제3경계면 후면부에 위치한 직각 프리즘은 두 개의 서브 직각 프리즘이 서로 접하여 제4경계면을 형성하도록 구성될 수 있다.
즉 상기 프리즘 구조체(100)로부터 출력된 이미지 영상은, 상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상(도2a의 (a)), 상기 제1경계면에 반사된 이미지 영상(도2a의 (b)) 및 상기 제1경계면을 투과하고 상기 제2경계면에 반사된 세 개의 이미지 영상(도2a의 (c))을 포함할 수 있다. 상기 복수의 추가 프리즘 구조체는 상기 세 개의 이미지 영상을 각각 입사 받는다.
일 예에서 상기 두 개의 서브 직각 프리즘에 의해 형성되는 제4경계면은 약 반사도100%를 가질 수 있으며, 상기 제3경계면은 각각 약 50%의 투과 및 반사도를 가질 수 있다.
도3에 나타난 바와 같이 각각의 추가 프리즘 구조체(200-400)에 의해서 외부광원으로부터 입사된 이미지 영상은 9 개의 경로로 분기될 수 있다.
일 실시예에서 광학 이미지 검출 장치(1000)는 상기 분기된 이미지 영상을 획득하기 위한 복수의 이미지 센서들(11,12,13,21,22,23,31,32,33)을 포함할 수 있다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 검출 장치의 이미지 센서의 배열을 나타내는 도이다. 도3에 나타난 복수의 이미지 센서들은 도4b에 나타난 바와 같이 배열될 수 있다. 또한 도3의 프리즘 구조체(100)을 소정각도 회전시킬 수 있으며, 회전되는 각도에 따라서 추가 프리즘 구조체의 위치도 대응되도록 변경될 수 있다.
프리즘 구조체(100)를 90도 각도 회전한 경우, 추가 프리즘 구조체(300) 및 추가 프리즘 구조체(400)는 이에 대응되도록 이동될 수 있다. 예컨대 도3에서와 같이 배치된 프리즘 구조체(100)가 제1방향 또는 제2방향으로 90도 각도 회전한 경우 이미지 센서는 도4a에 나타난 바와 같이 배치될 수 있으며, 촬영된 이미지 또한 도4a에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다. 여기서 제1방향은 +x 를 향하는 프리즘 구조체(100) 면이 +z 를 향하도록 회전하는 방향이며, 제2방향은 –x를 향하는 프리즘 구조체(100)의 면이 +z 를 향하도록 회전하는 방향일 수 있다. 이를 통해 사용자가 원하는 이미지 형태 또는 측정 대상물의 크기 혹은 모양에 따라 다양한 이미지 촬상을 가능하게 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치의 프리즘 구조체는, 투과 및 반사도가 각각 약 50%인 제1경계면과 상기 제1경계면 뒷면에 위치한 반사도가 약100%인 제2경계면을 포함하는 프리즘을 이용하여 입사된 이미지 영상을 분기시키게 되며, 이에 따라서 종래기술에서와 같이 영상의 밝기가 1/3 줄어들지 않고 대략 1/2정도만 줄어들게 되는 이점이 있으며, 적층된 블록에 이미지 영상이 입력되는 것인 아니므로, 적층된 부분에 의해 발생되는 오차에 대한 문제도 발생되지 않는 이점이 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 프리즘 구조체
200 : 추가 프리즘 구조체
101 : 제1직각 프리즘
102 : 제2직각 프리즘
110 : 제1경계면
120 : 제2경계면
1000: 광학 이미지 검출 장치

Claims (10)

  1. 외부로부터 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제1경계면을 형성하는 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 포함하는 프리즘 구조체를 포함하되,
    상기 제2 프리즘은 서로 접하여 제2경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 프리즘을 포함하고,
    상기 제2경계면은 반사도 100%인 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1경계면은 투과 및 반사도가 각각 50%인 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프리즘은 상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상이 입사되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상을 획득하는 제1이미지 센서;
    상기 제1경계면에 반사된 이미지 영상을 획득하는 제2이미지 센서; 및
    상기 제1경계면을 투과하고 상기 제2경계면에 반사된 이미지 영상을 획득하는 제3이미지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 구조체로부터 출력된 이미지 영상을 입사 받아, 입사된 이미지 영상을 투과 및 반사시키기 위해, 서로 접하여 제3경계면을 형성하는 제3 프리즘 및 제4 프리즘을 포함하는 복수의 추가 프리즘 구조체를 포함하되,
    상기 제4 프리즘은 서로 접하여 제4경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프리즘 구조체로부터 출력된 이미지 영상은,
    상기 제1경계면을 투과한 이미지 영상, 상기 제1경계면에 반사된 이미지 영상 및 상기 제1경계면을 투과하고 상기 제2경계면에 반사된 세 개의 이미지 영상이며,
    상기 복수의 추가 프리즘 구조체는 상기 세 개의 이미지 영상을 각각 입사 받는 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 추가 프리즘 구조체로부터 출력되는 각 이미지 영상을 각 획득하는 복수의 이미지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이미지 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프리즘, 상기 제2 프리즘 및 상기 제2경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 프리즘은 직각 프리즘인, 광학 이미지 검출 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 프리즘, 상기 제2 프리즘, 상기 제3 프리즘, 상기 제4 프리즘, 상기 제2경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 프리즘 및 상기 제4경계면을 형성하는 적어도 두 개의 서브 프리즘은 직각 프리즘인, 광학 이미지 검출 장치.
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