KR101811521B1 - 흡수형 근적외선 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 흡수형 소재를 이용하여 입사각에 대한 파장 시프트를 감소시키고 투과율을 향상시킨 흡수형 근적외선 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 적외선을 흡수하는 기판부; 상기 기판부의 일측에 설치되어 일정 파장 대역의 가시광선을 차단하는 가시광 차단부; 및 상기 기판부의 타측에 설치되어 일정 파장 대역의 적외선을 차단하는 적외선 차단부를 포함한다. 따라서 본 발명은 적외선 흡수형 소재를 이용하여 입사각에 대한 파장 시프트를 감소시키고 투과율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 흡수형 근적외선 필터에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 적외선 흡수형 소재를 이용하여 입사각에 대한 파장 시프트를 감소시키고 투과율을 향상시킨 흡수형 근적외선 필터에 관한 것이다.
디지털 카메라는 렌즈에 의해 형성된 이미지를, CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서에 의해 화소마다 전기 신호로 변환하고, 변환된 상기 전기신호를 이미지 데이터로서 기록 매체에 저장한다.
이러한 디지털 카메라는 이미지를 촬영하여 내부 메모리에 저장한 후, 표시장치를 통하여 영상을 즉시 확인할 수 있으며, 내부 메모리 용량에 따라 촬영할 수 있는 이미지의 수가 훨씬 많다.
최근에는 아날로그 카메라에 비해 디지털 카메라에 대한 수요가 많이 증가하고 있으며, 최근 반도체 기술 등의 발달 및 통합 멀티미디어 기기에 대한 수요의 증가로 인해, 디지털 카메라를 휴대전화, 노트북 또는 MP3 플레이어 등의 휴대용 기기에 통합시킨 전자기기들이 급속하게 보급되고 있다.
한편, 디지털 카메라에는, 피사체를 촬상하기 위한 CMOS 또는 CCD와 같은 화상 소자를 사용한 이미지 센서가 구비된다.
그러나 디지털 카메라의 이미지 센서는 가시광선뿐만 아니라 적외선 대역의 빛에 대해서도 불필요한 반응을 하기 때문에, 피사체의 원래 색상을 재현하는 능력이 떨어지는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 디지털 카메라에는 렌즈를 통해 이미지 센서로 입사되는 적외선 대역의 빛을 차단시켜 주는 적외선 차단 필터(IR cut filter)가 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 적외선 필터의 구조를 나타낸 도면으로서, 적외선 필터(10)는 글래스 소재의 기판(11) 상면 및 하면에 SiO2, TiO2와 같은 유전체 및 금속을 증착시킨 코팅층(12, 13)을 형성하여 원하는 파장 대역을 통과시키거나 차단하여 광학적 특성을 만족시킬 수 있도록 구성되었다.
그러나 종래 기술에 따른 적외선 필터(10)는 다음과 같은 문제점이 있다.
적외선 필터(10)로 입사되는 빛의 입사각(AOI)이 '0'도 즉 상기 적외선 필터(10)에 수직방향으로 입사되는 경우 원하는 파장 대역의 적외선을 통과시키거나 차단하는 것이 가능하지만, 상기 적외선 필터(10)의 입사면으로 입사되는 빛의 입사각(AOI)이 예를 들면, '30'도인 경우 파장 시프트(Shift)가 발생하여 입사각 의존성이 증가하는 문제점과 함께 불필요한 빛의 유입으로 인해 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 파형도로서, 도 2(a)는 기판에 금속 물질을 증착한 흡수형 적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 것으로 입사각(AOI)이 '0'도(deg)인 경우 원하는 파장 대역의 정상적인 투과가 이루어지지만, 입사각이 '0'도 ~ '30'도 범위인 경우 파장 약 15nm의 시프트가 발생한다.
또한, 도 2(b)는 기판에 유전체 물질을 증착한 반사형 적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 것으로 입사각(AOI)이 '0'도(deg)인 경우 원하는 파장 대역의 정상적인 투과가 이루어지지만, 입사각이 '0'도 ~ '30'도 범위인 경우 파장 약 35nm의 시프트가 발생하는 문제점이 있다.
즉 입사각 의존성이 크면, 적외선 필터를 통과할 때 필터의 중심부와 주변부의 입사각의 차이가 크게 되어 적외선 대역이 많이 포함된 빛이 도달하면 중심부와 주변부의 색상 편차가 나타나게 되어 결과적으로 동일한 색상을 촬영하더라도 색상 차이가 발생하게 된다.
또한, 증착 등에 의한 필터는 코팅층이 얇으면 가시광선 영역의 광도 반사해버리고, 상기 코팅층이 너무 두꺼우면 투과율이 저하하며, 특히 금속 물질로 코팅층을 형성하는 경우 코팅층의 두께가 증가하면 투과율이 10% 이상 감소하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 적외선 흡수형 소재를 이용하여 입사각에 대한 파장 시프트를 감소시키고 투과율을 향상시킨 흡수형 근적외선 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 흡수형 근적외선 필터로서, 적외선을 흡수하는 기판부; 상기 기판부의 일측에 설치되어 일정 파장 대역의 가시광선을 차단하는 가시광 차단부; 및 상기 기판부의 타측에 설치되어 일정 파장 대역의 적외선을 차단하는 적외선 차단부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 기판부는 P2O5 또는 CuO를 포함한 박막의 수지 또는 유리로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 가시광 차단부 및 적외선 차단부는 Ti3O5 및 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 가시광 차단부 및 적외선 차단부는 Ti3O5 및 SiO2가 순차적으로 적층된 복수의 적층부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 적층부에 적층되는 개별 Ti3O5 및 SiO2의 두께는 10nm ~ 1000nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 적층부는 2층 ~ 300층 범위에서 적층되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 흡수형 근적외선 필터는 입사각 0도 및 30도로 입사된 빛의 투과율 차이가 3% 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 흡수형 근적외선 필터는 입사각 0도 및 30도로 입사된 빛의 파장 대역 시프트가 5nm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 흡수형 근적외선 필터는 750nm ~ 980nm를 투과하는 밴드패스 필터인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 적외선 흡수형 소재를 이용하여 입사각에 대한 파장 시프트를 감소시키고 투과율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 홍채 인식(Iris scan), 몸체 인식(Gesture recognition), 모션 디텍터(Motion detector), 차량, 3차원 심도 감지모듈(3D Depth Sensing Module) 등에 사용되는 필터의 입사각 의존성을 감소시키고, 불필요한 빛의 유입으로 인해 노이즈 발생을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 적외선 필터를 나타낸 단면도.
도 2 는 종래 기술에 따른 적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 파형도.
도 3 은 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터를 나타낸 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터의 필터링 효과를 얻기 위해 적층한 밴드 패스 필터의 구조를 나타낸 예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 파형도.
도 2 는 종래 기술에 따른 적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 파형도.
도 3 은 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터를 나타낸 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터의 필터링 효과를 얻기 위해 적층한 밴드 패스 필터의 구조를 나타낸 예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터의 필터링 효과를 얻기 위해 적층한 밴드 패스 필터의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터(100)는 기판부(110)와, 가시광 차단부(120)와, 적외선 차단부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 기판부(110)는 적외선을 흡수하여 상기 기판부(110)를 통과하는 적외선을 차단하는 투명 재질의 부재로서, 입사각에 무관한 적외선 차단 특성을 포함하고, 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 판형이나 블록형으로 이루어져도 무방하며, 박막의 필름형으로 이루어져도 무방하다.
또한, 상기 기판부(110)의 두께는 0.02mm 내지 5mm가 바람직하고, 필름형으로는 0.02mm 내지 1mm가 바람직하다.
또한, 상기 기판부(110)는 가시광 파장 영역의 빛을 투과하는 것이라면, 구성하는 재료는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 유리나 결정 등의 무기 재료나, 수지 등의 유기 재료로 구성될 수 있다.
또한, 상기 기판부(110)에 사용할 수 있는 수지 등의 유기재료는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 등의 폴리올레핀 수지, 노르보르넨 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 아크릴 수지, 우레탄 수지, 염화비닐 수지, 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리비닐알코올 수지 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판부(110)에 사용할 수 있는 유리 등의 무기재료는 플루오로인산염계 유리나 인산염계 유리 등에 P2O5 또는 CuO 등을 첨가한 흡수형의 유리, 소다석회 유리, 붕규산 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판부(110)에 사용할 수 있는 결정 재료로는 수정, 니오븀산리튬, 사파이어 등의 복굴절성 결정을 사용할 수 있으며, 상기 수정, 니오븀산리튬, 사파이어 등의 복굴절성 결정을 사용한 경우에는, 저역 통과 필터나 파장판의 기능을 부가할 수도 있다.
상기 가시광 차단부(120)는 기판부(110)의 일측에 설치되어 일정 파장 대역의 가시광선을 차단하는 구성으로서, 예를 들면 파장이 약 350nm ~ 750nm 대역의 입사광은 투과하지 못하고 반사되도록 한다.
상기 가시광 차단부(120)는 Ti3O5 및 SiO2가 PVD( Physical Vapor Deposition) 및 스퍼터링 방식을 이용하여 기판부(110)상에 순차적으로 증착시켜 적층되도록 한다.
또한, 상기 가시광 차단부(120)는 순차적으로 적층되는 Ti3O5 및 SiO2의 두께, 적층수 및 굴절률 등에 따라 차단되는 빛의 파장 대역이 선택될 수 있도록 한다.
즉 상기 가시광 차단부(120)는 Ti3O5 및 SiO2가 순차적으로 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)를 형성하며 적층되고, 상기 적층되는 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)의 두께는 각각 10nm ~ 1000nm의 범위에서 적층되도록 구성하여 가시광 차단부(120)에서 차단되는 빛의 파장 대역이 필요에 따라 선택될 수 있게 한다.
상기 적외선 차단부(130)는 기판부(110)의 타측에 설치되어 일정 파장 대역의 적외선을 차단하는 구성으로서, 예를 들면 파장이 약 980nm 대역 이상의 입사광은 투과하지 못하고 반사되도록 한다.
상기 적외선 차단부(130)는 Ti3O5 및 SiO2가 PVD( Physical Vapor Deposition) 및 스퍼터링 방식을 이용하여 기판부(110)상에 순차적으로 증착시켜 적층되도록 한다.
또한, 상기 적외선 차단부(130)는 순차적으로 적층되는 Ti3O5 및 SiO2의 두께, 적층수 및 굴절률 등에 따라 차단되는 빛의 파장 대역이 조절될 수 있도록 한다.
즉 상기 적외선 차단부(130)는 Ti3O5 및 SiO2가 가시광 차단부(120)와 같이 순차적으로 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)를 형성하며 적층되고, 상기 적층되는 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)의 두께는 각각 10nm ~ 1000nm의 범위에서 적층되도록 구성하며, 상기 적층부는 2층 ~ 300층 범위에서 적층되도록 구성하여 적외선 차단부(130)에서 차단되는 빛의 파장 대역이 필요에 따라 조절될 수 있게 한다.
| 기판부 | # | 두께(nm) |
| Ti3O5 | 1 | 13.5 |
| SiO2 | 2 | 35.8 |
| Ti3O5 | 3 | 48.5 |
| SiO2 | 4 | 13.0 |
| Ti3O5 | 5 | 98.8 |
상기 표 1은 가시광 차단부(120)와 적외선 차단부(130)의 적층 물질과 두께 등을 나타낸 것으로 제1 적층부(300)는 Ti3O5 층으로 13.5nm 두께로 형성하고, 제2 적층부(310)는 SiO2 층으로 35.8nm 두께로 형성하며, 제3 적층부(320)는 Ti3O5 층으로 48.5nm 두께로 형성하고, 제4 적층부(330)는 SiO2 층으로 13.0nm 두께로 형성하며, 제5 적층부는 Ti3O5 층으로 98.8nm 두께로 형성된다.
상기 Ti3O5 및 SiO2 물질을 이용하여 적층 구조를 만들면서 표 1에 나타낸 두께로 적층된 가시광 차단부(120)를 만들면, 350nm ~ 750nm 대역은 투과하지 못하고, 950nm 이상의 대역은 차단되는 밴드 패스 필터를 얻을 수 있다.
상기한 투과성은 각 물질의 굴절률, 흡광계수, 두께의 차 등에 의해 결정될 수 있고, 각 물질의 스펙트럼 시뮬레이션을 통해 두께 등을 결정할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 기판부(110)에 적층되는 적층부를 5층으로 한정하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 차단되는 빛의 파장 대역에 따라 상기 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)가 적층되는 층수를 2층 ~ 300층 범위에서 적층되도록 구성하여 차단되는 빛의 파장 대역이 필요에 따라 다양하게 조절될 수 있게 하며, 바람직하게는 상기 기판부(110)에 적층되는 층수에 따라 750nm ~ 980nm 사이의 파장 대역이 조절될 수 있도록 하여 흡수형 근적외선 필터(100)가 밴드패스 필터로 동작할 수 있게 한다.
도 5는 본 발명에 따른 흡수형 근적외선 필터를 통과하는 파장 대역을 나타낸 파형도이고, 수평축은 파장 대역이며, 수직축은 투과율이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 파장이 약 800nm인 대역에서 '0'도의 입사각으로 입사되는 빛(200)과 '30'도의 입사각으로 입사되는 빛(200a)의 컷 온(Cut On) 대역에서 시프트된 파장의 차이가 5nm 이하로 시프트가 거의 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 도 5에 나타내 바와 같이, '0'도의 입사각으로 입사되는 빛(200)과 '30'도의 입사각으로 입사되는 빛(200a)의 투과율 차이는 3% 이하로 투과율의 감소가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 홍채 인식이나 동작 인식에 사용되는 적외선의 파장 영역은 중심 파장(850nm, 940nm)과, 광원의 투과율과, 밴드폭에 의해 감도가 결정되는데 적외선 흡수형 소재를 이용하여 파장 범위가 850nm±20nm의 패스밴드나 940nm±20nm의 패스밴드에서 입사각에 대한 파장 시프트를 감소시키고 투과율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 근적외선 필터
110 : 기판부
120 : 가시광 차단부
130 : 적외선 차단부
200 : 입사광
300 : 제1 적층부
310 : 제2 적층부
320 : 제3 적층부
330 : 제4 적층부
340 : 제n 적층부
110 : 기판부
120 : 가시광 차단부
130 : 적외선 차단부
200 : 입사광
300 : 제1 적층부
310 : 제2 적층부
320 : 제3 적층부
330 : 제4 적층부
340 : 제n 적층부
Claims (9)
- 적외선 대역의 입사광은 흡수하여 차단하고, 가시광 파장 대역의 입사광은 투과하는 기판부(110);
상기 기판부(110)의 일측에 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)가 적층되고, 상기 기판부(110)의 일측에 적층되는 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)의 두께에 따라 350nm ~ 750nm 대역의 입사광은 투과하지 못하도록 차단하는 가시광 차단부(120); 및
상기 기판부(110)의 타측에 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)가 적층되고, 상기 기판부(110)의 타측에 적층되는 제1 내지 제n 적층부(300, 310, 320, 330, 340)의 두께에 따라 980nm 대역 이상의 입사광은 투과하지 못하도록 차단하는 적외선 차단부(130)를 포함하고,
상기 기판부(110)와, 가시광 차단부(120)와, 적외선 차단부(130)는 750nm ~ 980nm를 투과하는 밴드패스 필터로 동작하는 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판부(110)는 P2O5 또는 CuO를 포함한 박막의 수지 또는 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가시광 차단부(120) 및 적외선 차단부(130)는 Ti3O5 및 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 3 항에 있어서,
상기 가시광 차단부(120) 및 적외선 차단부(130)는 Ti3O5 및 SiO2가 순차적으로 적층된 복수의 적층부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 4 항에 있어서,
상기 적층부에 적층되는 개별 Ti3O5 및 SiO2의 두께는 10nm ~ 1000nm인 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 4 항에 있어서,
상기 적층부는 2층 ~ 300층 범위에서 적층되도록 하는 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수형 근적외선 필터는 입사각 0도 및 30도로 입사된 빛의 투과율 차이가 3% 이하인 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수형 근적외선 필터는 입사각 0도 및 30도로 입사된 빛의 파장 대역 시프트가 5nm 이하인 것을 특징으로 하는 흡수형 근적외선 필터.
- 삭제
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