KR102421297B1 - 렌즈 시스템 - Google Patents

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KR102421297B1
KR102421297B1 KR1020200041345A KR20200041345A KR102421297B1 KR 102421297 B1 KR102421297 B1 KR 102421297B1 KR 1020200041345 A KR1020200041345 A KR 1020200041345A KR 20200041345 A KR20200041345 A KR 20200041345A KR 102421297 B1 KR102421297 B1 KR 102421297B1
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이등근
김민석
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주식회사 옵트론텍
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Abstract

일 실시예에 따른 렌즈 시스템은, 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들; 렌즈들 사이에 배치된 제1 광학 필터; 및 렌즈들과 이미지 센서 사이에 배치된 제2 광학 필터를 포함하고, 제1 광학 필터 및 제2 광학 필터 중 하나는 단파장 투과 필터이고 다른 하나는 장파장 투과 필터이다.

Description

렌즈 시스템{LENS SYSTEM}
본 발명은 렌즈 시스템에 관한 것이다.
자동차, 휴대폰, CCTV 등 다양한 분야에서 광학 촬상 및 센싱을 위한 카메라 시스템에 다양한 렌즈 시스템들이 사용되고 있다. VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), 자율 주행 차량, 드론, 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등에 있어서 카메라 시스템은 대상 물체를 감지하기 위한 핵심 구성요소이며, 이러한 카메라 시스템에 렌즈 시스템이 필수적으로 구비된다.
이하에서, 비행 시간(Time of Flight: ToF) 카메라에서 3D 이미지 센싱을 위한 센싱 모듈에 사용되는 렌즈 시스템을 예를 들어 설명한다.
도 1은 ToF 카메라의 센싱 모듈을 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 ToF 카메라의 센싱 모듈 내 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 3은 종래의 광학 필터(50)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 센싱 모듈은 회로 기판(10), 커넥터(11), 광원 유닛, 렌즈 시스템, 및 이미지 센서(60)를 포함한다. 광원 유닛은 드라이버(21), 레이저 소자(23), 및 확산기(25)를 포함할 수 있다. 렌즈 시스템은 복수의 렌즈들을 지지하는 렌즈 배럴(30), 렌즈 하우징(40), 광학 필터(50)를 포함한다.
회로 기판(10)은 드라이버(21) 및 이미지 센서(60)에 전기적으로 연결되는 회로를 포함하며, 커넥터(11)를 통해 프로세서에 연결될 수 있다 커넥터(11)는 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 커넥터일 수 있다.
레이저 소자(23)는 예를 들어 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)을 포함할 수 있으며, 적외선 영역의 레이저 광을 방출할 수 있다. 드라이버(21)는 프로세서의 제어 신호에 따라 레이저 소자(23)를 구동시킨다.
확산기(25)는 레이저 소자(23)로부터 방출된 광을 확산시킨다. 확산기(25)에 의해 레이저 광이 분산되며 이에 따라 조명 필드(field of illumination, FoI, f1)가 형성된다.
조명 필드(f1)로 분산된 광은 대상 물체에서 반사되며, 반사된 광 중에서 렌즈 시스템의 시야각 내에 위치하는 광 필드(f2)가 렌즈 배럴(30)로 입사된다.
렌즈 배럴(30)은 렌즈 하우징(40) 내에 배치될 수 있으며, 복수의 렌즈(도 2의 L1, L2, L3, L4, L5)를 포함한다. 입사된 광은 렌즈 배럴(30) 내의 렌즈들에 의해 이미지 센서(60)에 상을 형성한다. ToF 카메라의 센싱 모듈은 레이저 소자(23)에서 방출된 광이 대상 물체에서 반사되어 이미지 센서(60)에 의해 센싱되는 시간을 이용하여 대상 물체의 3D 이미지를 구현한다.
한편, 광학 필터(50)는 렌즈들을 통과한 광 중에서 노이즈에 해당되는 광을 필터링하고, 특정 파장 영역의 광을 투과시킨다. 특히, 광학 필터(50)는 레이저 소자(23)에서 방출된 광을 투과시키고, 가시광 등의 다른 파장 대역의 광을 차단한다.
도 2를 참조하면, 렌즈 시스템은 조리개(31), 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5), 및 광학 필터(50)를 포함할 수 있다. 조리개(31) 및 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)는 렌즈 배럴(30) 내에 장착될 수 있으며, 광학 필터(50)는 하우징(40)의 하면에 부착될 수 있다.
렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 다양한 형상을 가지며, 이미지 센서(60)에 상을 형성하도록 배열된다. 조리개(31)는 렌즈들에 입사되는 입사동을 결정하며, 제1 렌즈(L1)와 대상 물체 사이에 배치될 수 있다.
한편, 광학 필터(50)는 이미지 센서(60)와 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치된다. 광학 필터(50)는 도 3에 도시되듯이 투명 기판(51), 필터 적층체(53), 및 반사 방지 코팅(55)을 포함한다.
투명 기판(51)은 레이저 소자(23)에서 방출된 광을 투과시키는 기판으로 예컨대 글래스 기판일 수 있다. 투명 기판(51)은 필터 적층체(53) 및 반사 방지 코팅(55)을 지지한다.
필터 적층체(53)는 투명 기판(51)의 상면에 배치되고, 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 필터 적층체(53)는 레이저 소자(23)에서 방출된 광을 투과시키기 위한 통과 대역을 정의할 수 있다.
한편, 반사 방지 코팅(55)은 투명 기판(51)의 하면에 배치될 수 있다. 반사 방지 코팅(55)은 투명 기판(51)을 통과하는 광이 기판 하면에서 반사되는 것을 방지하여 광 투과율을 개선한다.
종래 기술에 따르면, 적외선 영역의 통과 대역을 갖는 밴드 패스 필터(50)를 렌즈 배럴(30)과 이미지 센서(60) 사이에 배치함으로써 신호대 잡음비를 줄일 수 있다. 그러나 종래 기술에 따른 렌즈 시스템에서 잘못된 이미지가 형성되는 문제점이 여전히 발생하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 잘못된 이미지를 줄여 선명한 화질을 구현할 수 있는 렌즈 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 시스템은, 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들; 상기 렌즈들 사이에 배치된 제1 광학 필터; 및 상기 렌즈들과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 제2 광학 필터를 포함하고, 상기 제1 광학 필터 및 제2 광학 필터 중 하나는 단파장 투과 필터이고 다른 하나는 장파장 투과 필터이다.
상기 제1 광학 필터를 렌즈들 사이에 배치함으로써 렌즈 배럴 내에서 발생된 반사광 중 이미지 센서에 입사되는 광을 감소시킬 수 있다. 나아가, 이미지 센서에 인접한 제2 광학 필터를 단파장 또는 장파장 투과 필터로 함으로써 협대역 밴드 패스 필터에 비해 광학 필터에서 반사되는 광량을 줄일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 필터는 각각, 투명 기판; 상기 투명 기판의 상면 상에 배치된 필터 적층체; 및 상기 투명 기판의 하면 상에 배치된 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학 필터는 단파장 투과 필터이고, 상기 제2 광학 필터는 장파장 투과 필터이다. 제2 광학 필터를 장파장 투과 필터로 함으로써 제2 광학 필터에서 반사광이 발생되는 것을 더욱 줄일 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 광학 필터는 장파장 투과 필터이고, 상기 제2 광학 필터는 단파장 투과 필터일 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학 필터와 상기 제2 광학 필터 사이에 적어도 2개의 렌즈들이 배열될 수 있다. 제1 광학 필터를 제2 광학 필터로부터 상대적으로 멀리 배치함으로써 제1 광학 필터에서 반사된 광이 이미지 센서로 입사되는 것을 더욱 줄일 수 있다. 다만, 제1 광학 필터는 렌즈들의 중간 또는 그보다 이미지 센서측에 가깝게 배치될 수 있다.
상기 렌즈 시스템은 TOF 카메라의 센싱 모듈에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 시스템은, 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들; 상기 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및 상기 렌즈들과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 반사 방지기를 포함하고, 상기 광학 필터는, 투명 기판; 상기 투명 기판의 물체측 면 상에 배치된 상부 필터 적층체; 및 상기 투명 기판의 이미지 센서측 면 상에 배치된 하부 필터 적층체를 포함하고, 상기 상부 필터 적층체 및 하부 필터 적층체 중 하나는 단파장 투과용이고 다른 하나는 장파장 투과용이다.
밴드 패스 필터용의 필터 적층체를 채택하는 대신 단파장 투과용 필터 적층체와 장파장 투과용 필터 적층체를 배치함으로써 광학 필터에서 반사되는 광량을 줄일 수 있다. 나아가, 광학 필터를 렌즈들 사이에 배치함으로써 반사광이 이미지 센서에 입사되는 것을 더욱 줄일 수 있다.
한편, 상기 반사 방지기는, 투명 기판; 및 상기 투명 기판의 양면에 각각 배치된 반사 방지 코팅들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 반사 방지기에서 광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부 필터 적층체는 단파장 투과용이고, 상기 하부 필터 적층체는 장파장 투과용일 수 있다. 장파장 투광용인 하부 필터 적층체를 이미시 센서 측에 배치함으로써 투명 기판의 하부에서 반사광이 발생되는 것을 줄일 수 있으며, 따라서 이미지 센서에 입사되는 반사광의 광량을 줄일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학 필터와 상기 반사 방지기 사이에 적어도 2개의 렌즈들이 배열될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 필터에 의해 생성된 반사광이 이미지 센서에 입사되는 것을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지 센서에 입사되는 반사광을 줄일 수 있어 반사광에 의한 잘못된 이미지 형성을 방지할 수 있으며, 더욱 선명한 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 ToF 카메라의 센싱 모듈을 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 종래의 ToF 카메라의 센싱 모듈 내 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래의 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사 방지기를 설명하기 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광학 필터(150)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 광학 필터(160)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
우선, 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 렌즈 시스템은 조리개(31), 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5), 제1 광학 필터(150), 제2 광학 필터(160)를 포함한다. 렌즈 시스템은 이미지 센서(60)에 상을 형성하도록 대상 물체와 이미지 센서(60) 사이에 배치된다.
조리개(31)는 렌즈들에 입사되는 입사동을 결정하며, 도시한 바와 같이, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치될 수 있다.
대상 물체와 이미지 센서(60) 사이에 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)이 일렬로 배열된다. 이들 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 광축을 따라 일렬로 배열되며, 이미지 센서(60)에 대상 물체의 상을 형성하기 위해 다양한 형상들을 가질 수 있다. 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 서로 다른 형상 및 기능을 가질 수 있으며, 이들 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)의 조합에 의해 조리개(31)를 통해 입사된 광이 이미지 센서(60)의 상면에 상을 형성한다. 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 3D 이미지 센서용으로 사용되는 통상의 렌즈들일 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제1 광학 필터(150)는 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 제1 광학 필터(150)는 대체로 일렬로 배열된 렌즈들의 중앙 근처에 배치될 수 있다. 또한, 제1 광학 필터(150)와 이미지 센서(60) 사이에 적어도 2개의 렌즈들(L4, L5)이 배치될 수 있다. 제1 광학 필터(150)를 이미지 센서(60)로부터 상대적으로 떨어뜨려 배치함으로써 제1 광학 필터(150)에 의해 생성된 반사광이 이미지 센서(60)로 입사되는 것을 줄일 수 있다.
제2 광학 필터(160)는 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)과 이미지 센서(60) 사이에 배치된다. 제2 광학 필터(160)는 이미지 센서(60)측의 첫 번째 렌즈(L5)와 이미지 센서(60) 사이에 배치될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 제2 광학 필터(160)와 이미지 센서(60) 사이에 이미지 센서(60)를 보호하기 위한 보호기가 추가로 배치될 수도 있다.
여기서, 제1 및 제2 광학 필터(150, 160) 중 하나는 단파장 투과 필터이고, 다른 하나는 장파장 투과 필터이다. 즉, 제1 광학 필터(150)가 단파장 투과 필터이고, 제2 광학 필터(160)는 장파장 투과 필터일 수 있으며, 반대로, 제1 광학 필터(150)가 장파장 투과 필터이고, 제2 광학 필터(160)가 단파장 투과 필터일 수 있다. 제1 광학 필터(150)와 제2 광학 필터(160)의 반사 특성을 고려하여, 이들의 위치를 결정할 수 있다.
이하에서, 제1 및 제2 광학 필터(150, 160)에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 더 상세하게 설명한다.
우선, 도 5를 참조하면, 제1 광학 필터(150)는 제1 투명 기판(151), 제1 필터 적층체(153), 및 제1 반사 방지 코팅(155)을 포함할 수 있다.
제1 투명 기판(151)은 대상 물체로부터 반사된 광을 투과시킨다. 3D 이미지 센서용 카메라는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드와 같은 광원을 포함하며, 이들 광원에서 방출된 광이 대상 물체로부터 반사되어 렌즈 시스템으로 입사된다. 렌즈 시스템으로 입사된 광은 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)을 통해 이미지 센서(60)에 상을 형성할 것이다. 제1 투명 기판(151)은 광원으로부터 방출된 광을 투과시키는 재료로 형성된다. 예를 들어, 제1 투명 기판(151)은 글래스 기판일 수 있다.
제1 필터 적층체(153)는 에지 필터용 적층체로 단파장 투과용 또는 장파장 투과용 필터 적층체일 수 있다. 제1 광학 필터(150)가 단파장 투과 필터인 경우, 제1 필터 적층체(153)는 단파장 투과용이고, 제1 광학 필터(150)가 장파장 투과 필터인 경우, 제1 필터 적층체(153)는 장파장 투과용이다.
제1 필터 적층체(153)는 제1 투명 기판(151)의 상면, 예를 들어, 제1 투명 기판(151)의 물체측 면 상에 배치될 수 있다. 제1 필터 적층체(153)는 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률층은 예를 들어 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3보다 높은 굴절률을 갖는 수소화된 실리콘층으로 형성될 수 있다. 수소화된 실리콘층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 낮은 흡광 계수를 가질 수 있으며, 예를 들어, 0.0005미만의 흡광 계수를 가질 수 있다. 한편, 저굴절률층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3 미만의 굴절률을 가질 수 있으며, 2.5 미만, 나아가, 2.0 미만, 더 나아가, 1.5 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 저굴절률층은 SiO2 또는 SiNx로 형성될 수 있다.
제1 필터 적층체(153)는 제1 투명 기판(151) 상에 스퍼터 증착 방식 또는 전자빔 증발법을 이용하여 증착될 수 있다. 특히, 전자빔 증발법은 스퍼터 증착 방식에 비해 막의 특성이 양호하여 전체 두께를 낮출 수 있으며, 외관 특성이 양호하다. 나아가, 전자빔 증발법은 스퍼터 증착 방식에서 요구되는 열처리 공정을 생략할 수 있어 필터 적층체 증착 공정을 단순화할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 필터 적층체(153)가 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 반복된 구조인 것을 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 필터 적층체(153)은 세 종류 또는 그 이상의 서로 다른 재료층들을 이용하여 형성될 수도 있다. 또한, 제1 필터 적층체(153)은 그레이딩된 굴절률을 갖는 층을 포함할 수도 있다.
제1 반사 방지 코팅(155)은 제1 투명 기판(151)의 하면, 예를 들어, 제1 투명 기판(151)의 이미지 센서측 면 상에 배치될 수 있다. 제1 반사 방지 코팅(155)은 제1 투명 기판(151)의 하면에서 발생되는 광 반사를 방지하기 위한 것으로, 복수의 유전체층으로 형성될 수 있다. 제1 반사 방지 코팅(155)은 고굴절률층과 저굴절률층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, TiO2, Ta2O5, NbO2, Si:H 등에서 선택된 적어도 2 종류의 유전체층들을 포함할 수 있다.
제1 반사 방지 코팅(155)은 스퍼터링 증착 방식 또는 전자빔 증발법을 이용하여 형성될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 전자빔 증발법은 전체 두께 감소, 외관 특성, 및 열처리 생략 등의 관점에서 스퍼터링 증착 방식에 비해 더 유리하다. 그러나 본 개시가 전자빔 증발법에 한정되는 것은 아니며, 제1 반사 방지 코팅(155)은 스퍼터링과 같은 물리 기상 증착이나 PECVD와 같은 화학 기상 증착 방법으로 증착될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 제2 광학 필터(160)는 제2 투명 기판(161), 제2 필터 적층체(163), 및 제2 반사 방지 코팅(165)을 포함할 수 있다.
제2 투명 기판(161)은 제1 투명 기판(151)과 유사하므로, 상세한 설명은 새략한다. 제2 필터 적층체(163)는 에지 필터용 적층체로 단파장 투과용 또는 장파장 투과용 필터 적층체일 수 있다. 제2 광학 필터(160)가 단파장 투과 필터인 경우, 제2 필터 적층체(163)는 단파장 투과용이고, 제2 광학 필터(160)가 장파장 투과 필터인 경우, 제1 필터 적층체(163)는 장파장 투과용이다.
제2 필터 적층체(163)는 제2 투명 기판(161)의 상면, 예를 들어, 제2 투명 기판(161)의 물체측 면 상에 배치될 수 있다. 제2 필터 적층체(163)는 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 고굴절률층은 예를 들어 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3보다 높은 굴절률을 갖는 수소화된 실리콘층으로 형성될 수 있다. 수소화된 실리콘층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 낮은 흡광 계수를 가질 수 있으며, 예를 들어, 0.0005 미만의 흡광 계수를 가질 수 있다. 한편, 저굴절률층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3 미만의 굴절률을 가질 수 있으며, 2.5 미만, 나아가, 2.0 미만, 더 나아가, 1.5 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 저굴절률층은 SiO2 또는 SiNx로 형성될 수 있다.
제2 필터 적층체(163)는 제2 투명 기판(161) 상에 스퍼터 증착 방식 또는 전자빔 증발법을 이용하여 증착될 수 있다. 특히, 전자빔 증발법은 스퍼터 증착 방식에 비해 막의 특성이 양호하여 전체 두께를 낮출 수 있으며, 외관 특성이 양호하다. 나아가, 전자빔 증발법은 스퍼터 증착 방식에서 요구되는 열처리 공정을 생략할 수 있어 필터 적층체 증착 공정을 단순화할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 필터 적층체(163)가 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 반복된 구조인 것을 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 필터 적층체(163)은 세 종류 또는 그 이상의 서로 다른 재료층들을 이용하여 형성될 수도 있다. 또한, 제2 필터 적층체(163)은 그레이딩된 굴절률을 갖는 층을 포함할 수도 있다.
제2 반사 방지 코팅(165)은 제2 투명 기판(161)의 하면, 예를 들어, 제2 투명 기판(161)의 이미지 센서측 면 상에 배치될 수 있다. 제2 반사 방지 코팅(165)의 재료 및 형성 방법은 제1 반사 방지 코팅(155)과 유사하므로, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 광학 필터(150, 160)를 채택하면서, 제1 광학 필터(150)를 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치한 렌즈 시스템이 제공된다. 여기서, 제1 및 제2 광학 필터(150, 160)는 종래의 밴드 패스 필터와 달리 각각 에지 필터들이다. 따라서, 제1 및 제2 광학 필터(150, 160)의 필터 적층체들(153, 163)에서 광이 반사되는 것을 줄일 수 있다.
종래의 밴드 패스 필터(도 3의 50)의 경우, 필터 적층체(53)가 대역 통과 필터용 필터 적층체로서 상대적으로 두껍게 형성된다. 이에 따라, 필터 적층체(53)에서 반사광이 많이 발생된다. 특히, 밴드 패스 필터(50)에 입사되는 광의 입사각이 증가할 수록 통과 대역의 중심 파장이 단파장측으로 편이되는 크기가 증가한다. 이에 따라, 입사각이 큰 광은 밴드 패스 필터(50)의 필터 적층체(53)에서 반사되어 렌즈 배럴(30) 내로 재진입할 수 있다. 이러한 반사광이 렌즈 배럴 내에서 재반사를 거쳐 이미지 센서(60)에 상을 형성함으로써 잘못된 이미지가 형성될 수 있다.
본 실시예는 제1 광학 필터(150)와 제2 광학 필터(160)를 에지 필터로 구성함으로써 각 광학 필터에서 반사되는 광량을 줄일 수 있다. 특히, 장파장 통과 필터는 단파장 통과 필터에 비해 입사각 증가에 따른 중심 파장 편이에 의해 발생되는 광 반사가 적다. 따라서, 이미지 센서(60)에 인접한 제2 광학 필터(160)를 장파장 투과 필터로 함으로써 제2 광학 필터(160)에 의해 발생되는 반사광을 줄일 수 있어 잘못된 이미지가 형성되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
한편, 제1 광학 필터(150)는 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치되므로, 제1 광학 필터(150)는 상대적으로 이미지 센서(60)로부터 멀리 떨어져 배치된다. 따라서, 제1 광학 필터(150)에서 반사된 광이 이미지 센서(60)로 입사되는 것을 줄일 수 있어 잘못된 이미지가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 제1 광학 필터(150)를 입사각 증가에 따라 반사가 상대적으로 많이 발생되는 단파장 투과 필터로 구성되고, 제2 광학 필터(160)를 입사각 증가에 따라 반사가 상대적으로 적게 발생되는 장파장 투과 필터로 구성함으로써 반사광의 영향을 더욱 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 시스템의 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 시스템의 반사 방지기를 설명하기 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 렌즈 시스템은 앞서 설명한 렌즈 시스템과 유사하지만, 제1 광학 필터(150) 대신에 광학 필터(250)가 배치되고, 제2 광학 필터(160) 대신에 반사 방지기(260)가 배치된 것에 차이가 있다.
즉, 광학 필터(250)가 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치되고, 반사 방지기(260)가 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)과 이미지 센서(60) 사이에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 광학 필터(250)는 대체로 일렬로 배열된 렌즈들의 중앙 근처에 배치될 수 있다. 또한, 광학 필터(250)와 이미지 센서(60) 사이에 적어도 2개의 렌즈들(L4, L5)이 배치될 수 있다. 광학 필터(250)를 이미지 센서(60)로부터 상대적으로 떨어뜨려 배치함으로써 광학 필터(250)에 의해 생성된 반사광이 이미지 센서(60)로 입사되는 것을 줄일 수 있다.
도 8을 참조하면, 광학 필터(250)는 제3 투명 기판(251), 상부 필터 적층체(253), 및 하부 필터 적층체(263)를 포함한다.
제3 투명 기판(251)은 앞서 설명한 제1 투명 기판(151)과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 상부 필터 적층체(253)은 제3 투명 기판(251)의 물체측 면 상에 배치될 수 있으며, 하부 필터 적층체(255)는 제3 투명 기판(251)의 이미지 센서측 면 상에 배치될 수 있다. 상부 및 하부 필터 적층체(253, 255) 중 하나는 단파장 투과용이고 다른 하나는 장파장 투과용이다. 광학 필터(250)는 재3 투명 기판(251)의 양면에 배치된 상부 및 하부 필터 적층체들(253, 255)에 의해 특정 파장 대역의 광을 투과하는 밴드 패스 필터이다.
상부 필터 적층체(253) 및 하부 필터 적층체(255)의 구체적인 재료 및 형성 방법은 앞서 설명한 실시예의 제1 필터 적층체(153) 및 제2 필터 적층체(155)와 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일 실시예에 있어서, 상부 필터 적층체(253)는 단파장 투과용이고, 하부 필터 적층체(255)는 장파장 투과용이다. 앞서 설명한 바와 같이, 장파장 투과용 필터 적층체는 단파장 투과용 필터 적층체에 비해 입사각이 큰 광을 적게 반사시킨다. 이러한 현상은 입사각에 따른 중심 파장 편이가 단파장 측으로 발생되는 것에 기인한다. 따라서, 반사량이 적은 장파장 투과용 필터 적층체를 이미지 센서측에 가깝게 배치하고, 단파장 투과용 필터 적층체를 물체측에 가깝게 배치함으로써 반사광에 의해 잘못된 이미지가 형성되는 것을 줄일 수 있다.
도 9를 참조하면, 반사 방지기(260)는 제4 투명 기판(261), 상부 반사 방지 코팅(263), 및 하부 반사 방지 코팅(265)을 포함할 수 있다.
제4 투명 기판(261)은 제1 투명 기판(151)과 유사하므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 한편, 상부 반사 방지 코팅(263)은 제4 투명 기판(261)의 물체측 면 상에 배치되며, 하부 반사 방지 코팅(265)은 제4 투명 기판(261)의 이미지 센서측 면 상에 배치된다.
상부 반사 방지 코팅(263)은 제4 투명 기판(261)의 상면에서 광이 반사되는 것을 방지하면, 하부 반사 방지 코팅(265)은 제4 투명 기판(261)의 하면에서 광이 반사되는 것을 방지한다. 상부 및 하부 반사 방지 코팅(263, 265)의 구체적인 재료 및 형성 방법은 앞서 설명한 제1 반사 방지 코팅(155)과 유사하므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 광 반사를 방지할 수 있는 반사 방지기(260)를 이미지 센서(60)에 가깝게 배치함으로써 반사광에 의해 잘못된 이미지가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 반사 방지기(260)는 또한 이미지 센서(60)를 보호하기 위한 센서 보호기로 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지 센서에 잘못된 이미지가 형성되는 것을 방지할 수 있는 렌즈 시스템을 제공할 수 있다. 본 실시예의 렌즈 시스템은 3D 이미지 센싱을 위한 다양한 카메라 시스템의 센싱 모듈에 사용될 수 있다. 예를 들어, ToF 카메라, 구조화된 광(structured light) 카메라, 및 스테레오 카메라 등에서 3D 이미지를 센싱하기 위해 본 실시예의 렌즈 시스템이 사용될 수 있다.
이상에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (10)

  1. 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들;
    상기 렌즈들 각각으로부터 이격되어 상기 렌즈들 사이에 배치된 제1 광학 필터; 및
    상기 렌즈들로부터 이격되어 상기 복수의 렌즈들과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 제2 광학 필터를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 광학 필터는 각각 평평한 투명 기판 및 상기 투명 기판의 상면 상에 배치된 필터 적층체를 포함하고,
    상기 제1 광학 필터 및 제2 광학 필터 중 하나는 단파장 투과 에지 필터이고 다른 하나는 장파장 투과 에지 필터인 렌즈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 필터는 각각,
    상기 투명 기판의 하면 상에 배치된 반사 방지 코팅을 더 포함하는 렌즈 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광학 필터는 단파장 투과 에지 필터이고,
    상기 제2 광학 필터는 장파장 투과 에지 필터인 렌즈 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광학 필터는 장파장 투과 에지 필터이고,
    상기 제2 광학 필터는 단파장 투과 에지 필터인 렌즈 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광학 필터와 상기 제2 광학 필터 사이에 적어도 2개의 렌즈들이 배열된 렌즈 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    TOF 카메라의 센싱 모듈에 사용되는 렌즈 시스템.
  7. 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들;
    상기 렌즈들로부터 이격되어 상기 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및
    상기 렌즈들로부터 이격되어 상기 복수의 렌즈들과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 반사 방지기를 포함하고,
    상기 광학 필터는,
    평평한 투명 기판;
    상기 투명 기판의 물체측 면 상에 배치된 상부 필터 적층체; 및
    상기 투명 기판의 이미지 센서측 면 상에 배치된 하부 필터 적층체를 포함하고,
    상기 상부 필터 적층체 및 하부 필터 적층체 중 하나는 단파장 투과 에지 필터용이고 다른 하나는 장파장 투과 에지 필터용이며,
    상기 반사 방지기는,
    평평한 투명 기판; 및
    상기 투명 기판의 양면에 각각 배치된 반사 방지 코팅들을 포함하는 렌즈 시스템.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 필터 적층체는 단파장 투과 에지 필터용이고, 상기 하부 필터 적층체는 장파장 투과 에지 필터용인 렌즈 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 광학 필터와 상기 반사 방지기 사이에 적어도 2개의 렌즈들이 배열된 렌즈 시스템.
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