KR101925137B1 - 전기 신호를 이용하여 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과하는 필터 - Google Patents

전기 신호를 이용하여 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과하는 필터 Download PDF

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Abstract

전기 신호를 이용하여 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과하는 필터가 개시된다. 필터는 전기 신호의 제어에 따라 분자 배열을 변경하여 가시광선의 흡수 정도를 조절하는 제1 필터 및 상기 전기 신호의 제어에 따라 반사율을 변경하여 적외선의 반사 정도를 조절하는 제2 필터를 포함할 수 있다.

Description

전기 신호를 이용하여 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과하는 필터{FILTER FOR SELECTIVELY TRANSMISSION VISIBLE RAY AND INFRARED RAY USING ELECTRICAL SIGNAL}
본 발명의 실시예들은 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과하는 필터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 신호를 이용하여 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과하는 필터에 관한 것이다.
현재 디지털 카메라나 캠코더의 경우 컬러 정보와 밝기 정보를 획득하여 사진이나 영상을 저장한다. 이러한 장치는 2D 카메라 시스템으로 정의할 수 있다. 이와 같은 2D 카메라 시스템에 깊이 정보를 추가적으로 획득하여 현실과 같은 3D 영상을 제공하는 장치를 3D 카메라 시스템으로 정의할 수 있다.
3D 카메라 시스템은 특정 오브젝트의 컬러 정보와 깊이 정보를 하나의 센서에서 모두 획득해야 한다. 컬러 정보와 깊이 정보를 하나의 센서에서 모두 획득하기 위해서는 새로운 통합 구조의 센서가 필요하다. 새로운 통합 구조의 센서는 다음과 같이 2가지로 구분될 수 있다.
첫째는 공간 분할 기반의 센서이다. 공간 분할 기반의 센서는 컬러 정보를 획득하는 픽셀과 깊이 정보를 획득하는 픽셀이 센서 어레이 공간에서 일정한 패턴으로 분포하여 동시에 컬러 정보와 깊이 정보를 획득할 수 있다.
둘째는 시간 분할 기반의 센서이다. 시간 분할 기반의 센서는 컬러 정보와 깊이 정보를 시간상으로 나누어 획득한다. 시간 분할 기반의 센서는 하나의 픽셀이 컬러 정보와 깊이 정보를 동시에 획득해야 하기 때문에 다양한 기능이 구비되어야 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터는, 전기 신호의 제어에 따라 분자 배열을 변경하여 가시광선의 흡수 정도를 조절하는 제1 필터; 및 상기 전기 신호의 제어에 따라 반사율을 변경하여 적외선의 반사 정도를 조절하는 제2 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제1 필터는 액정 분자(LC molecule) 및 염료 분자(dye molecule)를 포함하는 적어도 하나의 층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제1 필터는 액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층과 제2 층으로 구성되고, 상기 제1 층을 포함하는 분자와 상기 제2 층을 포함하는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제1 필터는 전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선이 제1 필터에 흡수되도록 배열하고, 전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선이 제1 필터를 투과하도록 배열할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제1 필터는 전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선의 광축과 수직이 되도록 배열하고, 전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선의 진행 방향과 수평이 되도록 배열할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제2 필터는 액정 분자(LC molecule)를 포함하는 층과 폴리머 분자(Polymer ecule)를 포함하는 층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제2 필터는 전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 적외선이 제2 필터에 반사되도록 반사율을 변경하고, 전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 적외선이 제2 필터를 투과하도록 반사율을 변경할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제2 필터는 전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 적외선이 제2 필터에 반사되도록 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(refractive index)과 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률을 다르게 설정하고, 전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 적외선이 제2 필터를 투과하도록 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률과 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률을 동일하게 설정할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 필터에 포함된 제2 필터는 액정 분자와 폴리머 분자를 이용하여 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조를 나타낼 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터는 전기 신호를 제어하여 가시광선을 흡수하는 제1 필터; 및 상기 전기 신호를 제어하여 적외선을 반사하는 제2 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터는 전기 신호에 따라 제1 필터와 제2 필터의 온/오프를 반복적으로 수행하여 가시광선 또는 적외선을 선택적으로 투과할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터는 상기 전기 신호에 따라 제1 필터를 온(ON)하고, 제2 필터를 오프(OFF)하여 컬러 영상을 센싱하기 위한 가시광선을 투과하고, 상기 전기 신호에 따라 제1 필터를 오프(OFF)하고, 제2 필터를 온(ON)하여 깊이 영상을 센싱하기 위한 적외선을 투과할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터에 포함된 제1 필터는, 게스트-호스트 액정(Guest-host LC)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터에 포함된 제1 필터는, 액정 분자와 염료 분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터에 포함된 제2 필터는, DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조를 나타낼 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터에 포함된 제2 필터는, 액정 분자와 폴리머 분자를 이용하여 반사율을 변경할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 필터는 센서가 컬러 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호에 따라 가시광선을 투과하고 적외선을 반사하며, 센서가 깊이 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호에 따라 가시광선을 흡수하고 적외선을 투과시킬 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 필터는 가시광선 또는 적외선이 선택적으로 투과되도록 전기 신호의 제어에 의해 배열이 변경되는 액정 분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 필터는 전기 신호에 따라 가시 광선이 투과되도록 게스트-호스트 구조를 나타내는 제1 필터; 및 전기 신호에 따라 적외선이 투과되도록 HPDLC(Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal) 구조를 나타내는 제2 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 필터는 제1 시간 구간동안 컬러 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호의 제어에 따라 가시광선을 투과하는 제1 필터; 및 제2 시간 구간동안 깊이 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호의 제어에 따라 적외선을 투과하는 제2 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 필터는 컬러 영상에 대응하는 파장을 나타내는 가시광선과 깊이 영상에 대응하는 파장을 나타내는 적외선을 투과할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 필터는 시간 분할 기반의 센서와 연결되어 전기 신호의 제어에 따라 특정 파장에 대응하는 가시광선 또는 적외선을 선택적으로 투과함으로써 컬러 영상의 색감과 깊이 영상의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 카메라 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 시간 분할 기반의 센서를 통해 컬러 영상과 깊이 영상을 센싱하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 시간 분할 기반의 센서를 위한 필터 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 컬러 영상과 깊이 영상을 센싱하기 위해 필요한 필터 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 필터 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 컬러 영상을 센싱할 때와 깊이 영상을 센싱할 때 필터가 동작하는 예시를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 필터를 구성하는 제1 필터를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 제1 필터가 전기 신호에 따라 동작하는 방식을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 필터를 구성하는 제2 필터를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 도 9의 제2 필터가 전기 신호에 따라 동작하는 방식을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 시간 분할 방식에 따라 컬러 영상을 센싱하는 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 분할 방식에 따라 깊이 영상을 센싱하는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 카메라 구조를 도시한다.
도 1을 참고하면, 3차원 카메라는 필터(101), 렌즈(102), 튜너블 필터(103), 컬러 필터 어레이(Color Filter Array)(104) 및 센서(105)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서 설명하고 있는 필터는 튜너블(tunable) 필터(103)를 의미한다.
렌즈(102) 앞에 위치한 필터(101)는 특정 파장 대역의 광을 투과할 수 있다. 일례로, 필터(101)는 약 400~700nm의 파장을 나타내는 가시광선과 약 800~900nm의 파장을 나타내는 적외선을 투과할 수 있다. 튜너블 필터(103)는 필터(101)를 통해 투과된 가시광선과 적외선 중 어느 하나만 투과할 수 있도록 제어될 수 있다. 일례로, 튜너블 필터(103)는 전기 신호에 따라 가시광선 또는 적외선 중 어느 하나만을 투과할 수 있다. 튜너블 필터(103)가 가시광선을 투과하는 경우, 센서(105)는 컬러 영상을 센싱할 수 있다. 그리고, 튜너블 필터(103)가 적외선을 투과하는 경우, 센서(105)는 깊이 영상을 센싱할 수 있다. 그리고, 컬러 필터 어레이(104)는 R(Red), G(Green), B(Blue) 각각에 대응하는 파장의 가시광선과 적외선을 투과할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 튜너블 필터(103)는 제1 시간 구간 동안 가시광선만 투과시키고, 제2 시간 구간 동안 적외선만 투과시킴으로써 센서(105)는 시간 분할 방식에 따라 제1 시간 구간 동안 가시광선에 기초한 컬러 영상을 센싱하고, 또는 제2 시간구간 동안 적외선에 기초한 깊이 영상을 센싱할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 시간 분할 기반의 센서를 통해 컬러 영상과 깊이 영상을 센싱하는 과정을 도시한 도면이다.
제1 시간 구간동안 센서(105)는 튜너블 필터(103)를 통해 투과된 가시광선에 기초하여 컬러 영상(201)을 센싱할 수 있다. 그리고, 제1 시간 구간 이후의 제2 시간 구간동안 센서(105)는 튜너블 필터(103)를 통해 투과된 적외선에 기초하여 깊이 영상(202)을 센싱할 수 있다. 또한, 제2 시간 구간 이후의 제3 시간 구간동안 센서(105)는 튜너블 필터(103)를 통해 투과된 가시광선에 기초하여 컬러 영상(203)을 센싱할 수 있다. 그리고, 제3 시간 구간 이후의 제4 시간 구간동안 센서(105)는 튜너블 필터(103)를 통해 투과된 적외선에 기초하여 깊이 영상(204)을 센싱할 수 있다.
여기서, 깊이 영상은 Time-of-Flight(TOF) 방식에 따라 오브젝트에 적외선을 조사하고 오브젝트에 반사되어 되돌아올 때까지의 시간을 거리로 환산하여 센싱된다. 이 때, 조사광으로 인체에 무해하고, 사람이 인지못하는 800~900nm 파장의 근적외선(Near InfraRed)가 사용될 수 있다. 시간 분할 방식의 경우, 튜너블 필터(103)는 센서(105)가 컬러 영상을 센싱하기 위한 가시광선뿐만 아니라 깊이 영상을 센싱하기 위한 근적외선도 투과할 수 있도록 파장 대역 특성을 나타낼 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 시간 분할 기반의 센서를 위한 필터 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 설명하였듯이, 튜너블 필터(103)는 가시광선과 근적외선을 투과할 수 있는 광학적인 필터 특성을 나타낼 필요가 있다. 도 3에서 필터 특성(301)은 튜너블 필터(103)가 400nm~700nm을 나타내는 파장에 대응하는 가시광선을 투과할 있어야 하는 것을 의미한다. 그리고, 필터 특성(302)은 튜너블 필터(103)가 800nm~900nm를 나타내는 적외선을 투과할 수 있어야 하는 것을 의미한다. 여기서, 가시광선의 파장은 파장이 400nm~500nm인 R(Red), 파장이 500nm~600nm인 G(Green) 및 파장이 600nm~700nm인 B(Blue)로 구분될 수 있다.
결국, 튜너블 필터(103)는 광학적으로 가시광선과 적외선을 모두 투과시킬 필요가 있다. 또한, 센서(105)가 컬러 영상을 센싱할 때 튜너블 필터(103)는 가시광선만 선택적으로 투과시키고, 센서(105)가 깊이 영상을 센싱할 때 튜너블 필터(103)는 적외선만 선택적으로 투과시킬 필요가 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 튜너블 필터(103)에 입력되는 전기 신호를 적응적으로 제어함으로써 튜너블 필터(103)가 선택적으로 가시광선과 적외선을 투과할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 컬러 영상과 깊이 영상을 센싱하기 위해 필요한 필터 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 컬러 영상(color frame)과 깊이 영상(depth frame)을 센싱할 때 센서(105)를 구성하는 각각의 R, G, B 픽셀에 도달하는 광을 나타낸다.
먼저 센서(105)가 컬러 영상을 센싱할 때, 가시광선 및 근적외선이 필터(101)를 투과할 수 있기 때문에, 센서(105)를 구성하는 각각의 R, G, B 픽셀에 R, G, B에 대응하는 파장의 가시광선 및 근적외선(Background IR)이 도달한다. 가시광선 및 근적외선은 주변의 조명 빛이 물체에서 반사된 것이다. R 픽셀은 R에 대응하는 파장의 가시광선과 근적외선을 투과할 수 있다. 그리고, G 픽셀은 G에 대응하는 파장의 가시광선과 근적외선을 투과할 수 있다. 또한, B 픽셀은 B에 대응하는 파장의 가시광선과 근적외선을 투과할 수 있다.
이 경우, R 픽셀은 R에 대응하는 파장의 가시광선과 기초하여 전하(Qcolor _ red=Qred+QIR _B1)가 생성되며, 생성된 전하들은 R 픽셀의 포토다이오드에 축적된다. 마찬가지로, G 픽셀은 G에 대응하는 파장의 가시광선과 근적외선에 기초하여 전하(Qcolor _ green=Qgreen+QIR _B2)가 생성되며, 생성된 전하들은 R 픽셀의 포토다이오드에 축적된다. 그리고, B 픽셀은 B에 대응하는 파장의 가시광선과 근적외선에 기초하여 전하(Qcolor _ blue=Qblue+QIR _B3)가 생성되며, 생성된 전하들은 R 픽셀의 포토다이오드에 축적된다.
이 때, 근적외선 때문에 각각의 픽셀과 관련된 포토다이오드는 포화(saturation)이 발생할 수 있으며, 이로 인해 노이즈가 발생하여 고유한 R, G, B의 색감에 열화가 발생할 수 있다. 즉, 색감의 열화로 컬러 영상의 색상이 사람이 보는 것과 달라질 수 있다. 또한, 근적외선이 가시광선에 비해 상대적으로 포토다이오드의 깊은 부분에서 전하를 생성하므로 픽셀 간 Crosstalk에 의해 컬러 영상의 블러링(Blurring)이 발생할 수 있다.
그 다음으로 센서(105)가 깊이 영상을 센싱할 때, 센서(105)를 구성하는 각각의 R, G, B 픽셀에 R, G, B에 대응하는 파장의 가시광선, 주변 조명에 의해 발생된 근적외선 및 TOF 감지를 위해 직접 조사한 근적외선(조사광)이 오브젝트에 의해 반사된 근적외선이 도달한다. 그러면, 깊이 영상을 센싱하기 위해 필요한 전하는 오브젝트에 의해 반사된 근적외선에 기초하여 생성되는 전하이다.
이 경우, R 픽셀은 R에 대응하는 파장의 가시광선, 주변 조명에 의해 발생된 근적외선 및 조사광이 오브젝트에 의해 반사된 근적외선에 기초하여 전하(Qdepth _ red=Qred+QIR _B1+QIR _ R1)가 생성되며, 생성된 전하들은 R 픽셀의 포토다이오드에 축적된다. 마찬가지로, G 픽셀은 G에 대응하는 파장의 가시광선, 주변 조명에 의해 발생된 근적외선 및 조사광이 오브젝트에 의해 반사된 근적외선에 기초하여 전하(Qdepth _ green=Qgreen+QIR _B2+QIR _ R2)가 생성되며, 생성된 전하들은 R 픽셀의 포토다이오드에 축적된다. 그리고, B 픽셀은 B에 대응하는 파장의 가시광선, 주변 조명에 의해 발생된 근적외선 및 조사광이 오브젝트에 의해 반사된 근적외선에 기초하여 전하(Qdepth_blue=Qblue+QIR_B3+QIR_R3)가 생성되며, 생성된 전하들은 R 픽셀의 포토다이오드에 축적된다.
센서(105)는 깊이 영상을 센싱할 때 획득한 전하에서 컬러 영상을 센싱할 때 획득한 전하의 차이를 계산하여, 하기 수학식 1에 따라 조사광이 오브젝트에 의해 반사된 근적외선에 기초하여 생성되는 전하만을 추출할 수 있다.
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그러나, 깊이 영상을 센싱할 때에는 가시광선에 의한 전하와 주변 조명에 의한 전하로 인해 포토다이오드의 포화가 발생할 수 있으며, 포토다이오드의 포화로 인해 깊이 영상을 획득하는 것이 불가능해질 수 있다.
따라서, 센서(105) 앞에 위치한 튜너블 필터(103)는 컬러 영상을 센싱할 때는 주변 조명에 의한 근적외선을 차단하고 가시광선만 투과할 수 있는 필터 특성이 필요하다. 그리고, 튜너블 필터(103)는 깊이 영상을 센싱할 때 가시광선을 차단하고 적외선만 투과할 수 있도록 필터 특성을 가질 필요가 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 필터 구조를 도시한 도면이다.
일실시예로, 튜너블 필터는 가시광선을 투과하는 제1 필터(501)와 적외선을 투과하는 제2 필터(502)로 구성될 수 있다. 이 때, 제1 필터(501)와 제2 필터(502)는 전기 신호에 따라 제어될 수 있다. 여기서, 전기 신호는 전압의 온/오프 에 따라 조절될 수 있다. 실질적으로, 튜너블 필터(503)는 제1 필터(501)와 제2 필터(502)가 결합된 구조로 사용될 수 있다.
이하에서는 도 5에 도시된 튜너블 필터(503)의 세부 구조와 동작에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 컬러 영상을 센싱할 때와 깊이 영상을 센싱할 때 필터가 동작하는 예시를 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 센서가 컬러 영상을 센싱하는 컬러 센싱 모드(601)일 때 튜너블 필터(103)의 동작과 센서가 깊이 영상을 센싱하는 깊이 센싱 모드(602)일 때 튜너블 필터(103)의 동작이 도시된다. 그리고, 튜너블 필터(103)는 가시광선을 흡수하는 제1 필터와 적외선을 반사하는 제2 필터로 구성될 수 있다.
컬러 센싱 모드(601)일 때, 튜너블 필터(103)의 제1 필터에 전기 신호가 입력되어 제1 필터는 온(ON)이 되고, 제2 필터에 전기 신호가 차단되어 제2 필터는 오프(OFF)가 된다. 그러면, 렌즈를 통해 투과된 가시광선은 제1 필터에 흡수되지 않고 제1 필터를 투과한다. 그리고, 렌즈를 통해 투과된 적외선은 제2 필터에 반사되어 제2 필터를 투과하지 못한다. 따라서, 컬러 센싱 모드(601)일 때, 튜너블 필터(103)는 가시광선만 투과하고, 센서(105)는 투과된 가시광선을 이용하여 컬러 영상을 센싱할 수 있다.
깊이 센싱 모드(602)일 때, 튜너블 필터(103)의 제1 필터에 전기 신호가 차단되어 제1 필터는 오프(OFF)가 되고, 제2 필터에 전기 신호가 입력되어 제2 필터는 온(ON)이 된다. 그러면, 렌즈를 통해 투과된 가시광선은 제1 필터에 흡수되어 제1 필터를 투과하지 못한다. 그리고, 렌즈를 통해 투과된 적외선은 제2 필터에 반사되지 않고 제2 필터를 투과할 수 있다. 따라서, 깊이 센싱 모드(602)일 때, 튜너블 필터(103)는 적외선만 투과하고, 센서(105)는 투과된 적외선을 이용하여 깊이 영상을 센싱할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 필터를 구성하는 제1 필터를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 깊이 센싱 모드(701)일 때 튜너블 필터(103)를 구성하는 제1 필터와 컬러 센싱 모드(702)일 때 튜너블 필터(103)를 구성하는 제1 필터를 나타낸다. 여기서, 제1 필터는 전기 신호의 제어에 따라 가시광선을 흡수한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 필터는 복수의 액정 분자(LC Molecule)들과 복수의 염료 분자(dye molecule)들을 포함할 수 있다. 이러한 제1 필터는 게스트-호스트(guest-host) 액정 구조를 나타낸다. 액정 분자는 전기 신호에 따라 제어되고, 염료 분자는 RGB 파장에 해당하는 가시광선을 흡수한다.
이 때, 제1 필터는 복수의 액정 분자들과 복수의 염료 분자들을 포함하는 제1 층과 제2 층으로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 층과 제2 층에 포함된 복수의 액정 분자들과 복수의 염료 분자들은 서로 다른 방식으로 배열될 수 있다.
깊이 센싱 모드(701)일 때, 제1 필터에는 전기 신호가 차단되어 오프가 된다. 그러면, 제1 층에 포함된 분자들과 제2 층에 포함된 분자들은 가시광선의 광축에 대해 수직 방향(perpendicular direction)으로 배열될 수 있다. 이 경우, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 염료 분자에 의해 대부분 흡수되어 일부만 투과될 수 있다. 이상적으로는, 깊이 센싱 모드(701)일 때, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 모두 흡수되어 투과하지 못한다. 결국, 제1 필터에 전기 신호가 차단되어 오프가 되면, 제1 필터에 포함된 액정 분자와 염료 분자는 가시광선이 흡수되도록 배열된다.
컬러 센싱 모드(702)일 때, 제1 필터에 전기 신호가 입력되어 온이 된다. 그러면, 제1 층에 포함된 분자들과 제2 층에 포함된 분자들은 가시광선의 광축에 대해 수평 방향(vertical direction)으로 배열될 수 있다. 이 경우, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 염료 분자에 의해 일부만 흡수되고, 대부분은 투과될 수 있다. 이상적으로는, 컬러 센싱 모드(702)일 때, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 모두 투과될 수 있다. 결국, 제1 필터에 전기 신호가 입력되어 온이 되면, 제1 필터에 포함된 액정 분자와 염료 분자는 가시광선이 투과하도록 배열된다.
결국, 제1 필터는 전기 신호의 제어에 따라 분자 배열을 변경하여 가시 광선의 흡수 정도를 조절할 수 있다.
도 8은 도 7의 제1 필터가 전기 신호에 따라 동작하는 방식을 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 깊이 센싱 모드(801)일 때 제1 필터의 동작과 제1 필터를 투과하는 광이 도시된다. 그리고, 컬러 센싱 모드(802)일 때 제1 필터의 동작과 제1 필터를 투과하는 광이 도시된다.
도 8을 참고하면, 깊이 센싱 모드(801)일 때, 제1 필터에 전기 신호가 차단되어 제1 필터는 오프(OFF)가 된다. 그러면, 제1 필터에 포함된 액정 분자와 염료 분자가 가시광선의 광축에 수직으로 배열된다. 따라서, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 파장이 400nm~700nm로서, 전기 신호에 따라 수직으로 배열된 염료 분자에 의해 대부분 흡수된 채로 투과된다.
그리고, 컬러 센싱 모드(802)일 때, 제1 필터에 전기 신호가 입력되어 제1 필터는 온(ON)이 된다. 그러면, 제1 필터에 포함된 액정 분자와 염료 분자가 가시광선의 광축에 수평으로 배열된다. 따라서, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 전기 신호에 따라 가시광선의 광축에 수평으로 배열된 염료 분자에 의해 흡수되지 않고 대부분 투과된다. 여기서, 가시광선은 파장이 400nm~700nm이다. 적외선은 염료 분자에 의해 흡수되지 않으므로 필터의 상태에 관계없이 모두 투과된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 필터를 구성하는 제2 필터를 도시한 도면이다.
도 9를 참고하면, 컬러 센싱 모드(901)일 때 튜너블 필터(103)를 구성하는 제2 필터와 깊이 센싱 모드(902)일 때 튜너블 필터(103)를 구성하는 제2 필터를 나타낸다. 여기서, 제2 필터는 전기 신호의 제어에 따라 적외선을 반사한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제2 필터는 폴리머 분자를 포함하는 층(A)과 액정 분자를 포함하는 층(B)으로 구성될 수 있다. 여기서, 폴리머 분자를 포함하는 층과 액정 분자를 포함하는 층은 적어도 하나 이상일 수 있다. 이 때, 폴리머 분자를 포함하는 층과 액정 분자를 포함하는 층은 전기 신호의 제어에 따라 굴절률(refractive index)이 변경될 수 있다.
일례로, 제2 필터는 HPDLC(Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal)의 구조가 될 수 있다. 이와 같은, 제2 필터는 폴리머 분자를 포함하는 층과 액정 분자를 포함하는 층을 이용하여 DBR(Distributed Bragg Reflector)를 구현할 수 있다.
컬러 센싱 모드(901)일 때, 제2 필터에는 전기 신호가 차단되어 오프가 된다. 전기 신호가 차단되면, 액정 분자는 적외선의 광축에 수직 방향으로 배열된다. 그러면, 제2 필터에서 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(ne)은 서로 달라진다. 결국, 제2 필터에 도달하는 적외선은 제2 필터를 일부만 투과되고 대부분 반사된다. 이상적으로는, 컬러 센싱 모드(901)일 때, 제2 필터에 도달하는 적외선은 모두 반사되어 투과하지 못한다. 결국, 제2 필터에 전기 신호가 차단되어 오프가 되면, 적외선이 반사되도록 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(ne)이 서로 다르게 변경된다.
깊이 센싱 모드(902)일 때, 제2 필터에 전기 신호가 입력되어 온이 된다. 전기 신호가 입력되면, 액정 분자는 적외선의 광축에 수평 방향으로 배열된다. 그러면, 제2 필터에서 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(no)은 서로 동일하게 변경된다. 결국, 제2 필터에 도달하는 적외선은 제2 필터를 일부만 반사되고 대부분 투과된다. 이상적으로는, 깊이 센싱 모드(901)일 때, 제2 필터에 도달하는 적외선은 모두 투과된다. 결국, 제2 필터에 전기 신호가 입력되어 온이 되면, 적외선이 제2 필터를 투과되도록 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(no)이 서로 동일하게 변경된다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 도 9의 제2 필터가 전기 신호에 따라 동작하는 방식을 도시한 도면이다.
도 10을 참고하면, 깊이 센싱 모드(1001)일 때 제2 필터의 동작과 제2 필터를 투과하는 광이 도시된다. 그리고, 컬러 센싱 모드(1002)일 때 제2 필터의 동작과 제2 필터를 투과하는 광이 도시된다.
도 10을 참고하면, 깊이 센싱 모드(1001)일 때, 제2 필터에 전기 신호가 입력되어 제2 필터는 온(ON)이 된다. 그러면, 제2 필터에 포함된 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(no)은 서로 동일하게 변경된다. 따라서, 제2 필터에 도달하는 적외선은 전기 신호에 따라 반사율이 동일하게 변경된 폴리머 분자를 포함하는 층과 액정 분자를 포함하는 층에 반사되지 않고 제2 필터를 대부분 투과될 수 있다. 여기서, 적외선은 파장이 800~900nm이다.
그리고, 컬러 센싱 모드(1002)일 때, 제2 필터에 전기 신호가 차단되어 제2 필터는 오프(OFF)가 된다. 그러면, 제2 필터에 포함된 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(ne)은 서로 다르게 변경된다. 따라서, 제2 필터에 도달하는 적외선은 전기 신호에 따라 굴절률이 다르게 변경된 폴리머 분자를 포함하는 층과 액정 분자를 포함하는 층에 의해 제2 필터를 투과하지 못하고 대부분 반사된다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 시간 분할 방식에 따라 컬러 영상을 센싱하는 과정을 도시한 도면이다.
단계(1101)에서, 필터(101)는 가시광선과 적외선을 투과한다.
단계(1102)에서, 튜너블 필터(103)를 구성하는 제1 필터는 센서(105)가 컬러 영상을 센싱할 수 있도록 도 6에서 도시된 바와 같이 전기 신호의 제어에 따라 온(ON)이 된다. 여기서, 제1 필터는 전기 신호의 제어에 따라 가시광선을 흡수할 수 있다.
제1 필터가 온이 되면, 제1 필터를 구성하는 액정 분자와 염료 분자가 가시광선의 광축에 수평으로 배열되므로, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 제1 필터에 흡수되지 않고 대부분 투과될 수 있다. 그리고, 염료 분자가 적외선을 흡수하지 못하므로 제1 필터에 도달하는 적외선은 제1 필터를 투과한다.
단계(1103)에서, 튜너블 필터(103)를 구성하는 제2 필터는 센서(105)가 컬러 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호의 제어에 따라 오프(OFF)가 된다. 여기서, 제2 필터는 전기 신호의 제어에 따라 적외선을 반사할 수 있다.
제2 필터가 오프가 되면, 제2 필터를 구성하는 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(ne)은 서로 다르게 변경된다. 그러면, 제2 필터에 도달하는 적외선은 제2 필터를 투과하지 못하고 대부분 반사될 수 있다. 그리고, 제2 필터에 도달하는 가시광선은 제2 필터를 투과한다.
단계(1104)에서, 제1 필터와 제2 필터를 투과한 가시광선은 최종적으로 컬러 필터 어레이(104)를 거쳐 센서(105)에 도달한다. 그러면, 센서(105)는 가시광선을 이용하여 컬러 영상을 센싱할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 분할 방식에 따라 깊이 영상을 센싱하는 과정을 도시한 도면이다.
도 11의 과정과 도 12의 과정은 특정 시간 구간에 따라 반복적으로 수행됨으로써 센서(105)는 시간 분할 방식에 따라 컬러 영상과 깊이 영상을 모두 센싱할 수 있다.
단계(1201)에서, 필터(101)는 가시광선과 적외선을 투과한다.
단계(1202)에서, 튜너블 필터(103)를 구성하는 제1 필터는 센서(105)가 깊이 영상을 센싱할 수 있도록 도 6에서 도시된 바와 같이 전기 신호의 제어에 따라 오프(OFF)가 된다. 여기서, 제1 필터는 전기 신호의 제어에 따라 가시광선을 흡수할 수 있다.
제1 필터가 오프이 되면, 제1 필터를 구성하는 액정 분자와 염료 분자가 가시광선의 광축에 수직으로 배열되므로, 제1 필터에 도달하는 가시광선은 제1 필터에 대부분 흡수된다. 그리고, 염료 분자가 적외선을 흡수하지 못하므로 제1 필터에 도달하는 적외선은 제1 필터를 투과한다.
단계(1103)에서, 튜너블 필터(103)를 구성하는 제2 필터는 센서(105)가 깊이 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호의 제어에 따라 온(ON)가 된다. 여기서, 제2 필터는 전기 신호의 제어에 따라 적외선을 반사할 수 있다.
제2 필터가 온이 되면, 제2 필터를 구성하는 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률(npoly)과 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률(ne)은 서로 동일하게 변경된다. 그러면, 제2 필터에 도달하는 적외선은 제2 필터에 반사되지 않고 대부분 투과될 수 있다. 그리고, 제1 필터에 의해 가시광선이 대부분 흡수되기 때문에, 제2 필터에 도달하는 가시광선은 거의 존재하지 않는다.
단계(1104)에서, 제1 필터와 제2 필터를 투과한 적외선은 최종적으로 컬러 필터 어레이(104)를 거쳐 센서(105)에 도달한다. 그러면, 센서(105)는 적외선을 이용하여 깊이 영상을 센싱할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101: 필터
102: 렌즈
103: 튜너블 필터
104: 컬러 필터 어레이
105: 센서

Claims (19)

  1. 전기 신호의 제어에 따라 분자 배열을 변경하여 가시광선의 흡수 정도를 조절하는 제1 필터;
    상기 전기 신호의 제어에 따라 반사율을 변경하여 적외선의 반사 정도를 조절하는 제2 필터
    를 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층 및 제2 층으로 구성되고,
    상기 제1 층에 포함되는 분자와 상기 제2 층에 포함되는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 필터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터는,
    전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선이 제1 필터에 흡수되도록 배열하고,
    전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선이 제1 필터를 투과하도록 배열하는 것을 특징으로 하는 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터는,
    전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선의 광축과 수직이 되도록 배열하고,
    전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 액정 분자와 염료 분자를 가시광선의 진행 방향과 수평이 되도록 배열하는 것을 특징으로 하는 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 필터는,
    액정 분자(LC molecule)를 포함하는 층과 폴리머 분자(Polymer molecule)를 포함하는 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 필터는,
    전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 적외선이 제2 필터에 반사되도록 반사율을 변경하고,
    전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 적외선이 제2 필터를 투과하도록 반사율을 변경하는 것을 특징으로 하는 필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 필터는,
    전기 신호가 차단되어 오프(OFF)가 되면, 적외선이 제2 필터에 반사되도록 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률과 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률을 다르게 설정하고,
    전기 신호가 입력되어 온(ON)이 되면, 적외선이 제2 필터를 투과하도록 액정 분자를 포함하는 층의 굴절률과 폴리머 분자를 포함하는 층의 굴절률을 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 필터는,
    액정 분자와 폴리머 분자를 이용하여 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조를 나타내는 것을 특징으로 하는 필터.
  10. 전기 신호를 제어하여 가시광선을 흡수하는 제1 필터; 및
    상기 전기 신호를 제어하여 적외선을 반사하는 제2 필터를 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층 및 제2 층으로 구성되고,
    상기 제1 층에 포함되는 분자와 상기 제2 층에 포함되는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 필터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 필터는,
    전기 신호에 따라 제1 필터와 제2 필터의 온/오프를 반복적으로 수행하여 가시광선 또는 적외선을 선택적으로 투과하는 것을 특징으로 하는 필터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 필터는,
    상기 전기 신호에 따라 제1 필터를 온(ON)하고, 제2 필터를 오프(OFF)하여 컬러 영상을 센싱하기 위한 가시광선을 투과하고,
    상기 전기 신호에 따라 제1 필터를 오프(OFF)하고, 제2 필터를 온(ON)하여 깊이 영상을 센싱하기 위한 적외선을 투과하는 것을 특징으로 하는 필터.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2 필터는, DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조를 나타내는 것을 특징으로 하는 필터.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2 필터는, 액정 분자와 폴리머 분자를 이용하여 필터의 반사율을 변경하는 것을 특징으로 하는 필터.
  16. 전기 신호의 제어에 따라 분자 배열을 변경하여 가시광선의 흡수 정도를 조절하는 제1 필터;
    상기 전기 신호의 제어에 따라 반사율을 변경하여 적외선의 반사 정도를 조절하는 제2 필터
    를 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층 및 제2 층으로 구성되고,
    상기 제1 층에 포함되는 분자와 상기 제2 층에 포함되는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열되고,
    센서가 컬러 영상을 센싱하기 위한 제1 모드에서, 전기 신호에 따라 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는 가시광선을 투과하고, 상기 제2 필터는 적외선을 반사하며,
    센서가 깊이 영상을 센싱하기 위한 제2 모드에서, 전기 신호에 따라 상기 제1 필터는 가시광선을 흡수하고, 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는 적외선을 투과시키는 것을 특징으로 하는 필터.
  17. 전기 신호의 제어에 따라 분자 배열을 변경하여 가시광선의 흡수 정도를 조절하는 제1 필터;
    상기 전기 신호의 제어에 따라 반사율을 변경하여 적외선의 반사 정도를 조절하는 제2 필터
    를 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층 및 제2 층으로 구성되고,
    상기 제1 층에 포함되는 분자와 상기 제2 층에 포함되는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열되고,
    상기 액정 분자는,
    가시광선 또는 적외선이 선택적으로 투과되도록 상기 전기 신호의 제어에 의해 배열이 변경되는, 필터.
  18. 전기 신호에 따라 가시 광선이 투과되도록 게스트-호스트 구조를 나타내는 제1 필터; 및
    전기 신호에 따라 적외선이 투과되도록 HPDLC(Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal) 구조를 나타내는 제2 필터
    를 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층 및 제2 층으로 구성되고,
    상기 제1 층에 포함되는 분자와 상기 제2 층에 포함되는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열되는 필터.
  19. 제1 시간 구간동안 컬러 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호의 제어에 따라 가시광선을 투과하는 제1 필터; 및
    제2 시간 구간동안 깊이 영상을 센싱할 수 있도록 전기 신호의 제어에 따라 적외선을 투과하는 제2 필터
    를 포함하고,
    상기 제1 필터는,
    액정 분자와 염료 분자를 포함하는 제1 층 및 제2 층으로 구성되고,
    상기 제1 층에 포함되는 분자와 상기 제2 층에 포함되는 분자는 가시광선의 광축에 대해 수직 방향으로 배열되는 필터.
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