KR102521935B1 - 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터 - Google Patents

커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터 Download PDF

Info

Publication number
KR102521935B1
KR102521935B1 KR1020210003975A KR20210003975A KR102521935B1 KR 102521935 B1 KR102521935 B1 KR 102521935B1 KR 1020210003975 A KR1020210003975 A KR 1020210003975A KR 20210003975 A KR20210003975 A KR 20210003975A KR 102521935 B1 KR102521935 B1 KR 102521935B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical filter
cover window
disposed
image sensing
sensing device
Prior art date
Application number
KR1020210003975A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220101915A (ko
Inventor
박찬영
홍석중
Original Assignee
주식회사 옵트론텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 옵트론텍 filed Critical 주식회사 옵트론텍
Priority to KR1020210003975A priority Critical patent/KR102521935B1/ko
Publication of KR20220101915A publication Critical patent/KR20220101915A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102521935B1 publication Critical patent/KR102521935B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/61—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise the noise originating only from the lens unit, e.g. flare, shading, vignetting or "cos4"
    • H04N25/611—Correction of chromatic aberration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0031—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for scanning purposes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/22—Absorbing filters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 이지지 센싱 장치는, 이미지 센서에 광을 결상하도록 구성된 복수의 렌즈들; 복수의 렌즈들 전방에 배치되며 방향에 따라 다른 굴절력을 갖는 커버 윈도우; 커버 윈도우와 복수의 렌즈들 사이 또는 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및 커버 윈도우의 방향에 따른 굴절력을 상쇄하도록 구성되며 커버 윈도우를 통과한 광의 경로 상에 배치된 수차 보정기를 포함한다.

Description

커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터{IMAGE SENSING APPARATUS WITH COVER WINDOW AND ASTIGMATISM CORRECTING OPTICAL FILTER}
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 이미지 센싱 장치 내에서 사용되는 수차 보정 광학 필터에 관한 것이다.
자동차, 휴대폰, CCTV, 드론 등 다양한 분야에서 광학 촬상 및 센싱을 위한 장치들에 다양한 렌즈 시스템들 및 광학 필터들이 사용되고 있다. 예를 들어, 이미지 센싱 장치는 안면 인식 센서나, 홍채 인식 센서, 제스쳐 인식 센서, 야간 감시 카메라, 라이다(LiDAR) 등을 포함할 수 있다.
렌즈 시스템은 굴절력이 서로 다른 렌즈들이 광축 상에 배열된 구조를 가지며, 복수의 렌즈들을 이용하여 렌즈 수차를 줄여 양호한 이미지를 이미지 센서의 상면(image plane)에 결상할 수 있다. 한편, 렌즈들은 외부 환경으로부터 보호될 필요가 있으며, 이를 위해 일반적으로 커버 윈도우가 렌즈 시스템의 물체측에 배치된다.
커버 윈도우는 비구면 형상, 예컨대 실린더와 같은 표면을 가질 수 있으며, 따라서, 방향에 따라 굴절력에 차이가 발생한다. 예를 들어, 커버 윈도우의 수평 방향에서의 굴절력이 수직 방향에서의 굴절력보다 클 수 있다. 커버 윈도우의 방향에 따른 굴절력 차이는 렌즈 시스템의 결상에 영향을 미쳐 비점 수차를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라, 이미지 센서가 정확한 영상 정보를 얻는 것을 방해한다.
한편, 광학 필터는 선택된 파장 범위의 광을 투과하고 그 외의 광을 차단하는 광학 요소로, 이미지 센서에 입사되는 광을 필터링한다. 광학 필터는 일반적으로 렌즈들과 이미지 센서 사이에 배치되며, 렌즈 시스템에 의해 포커싱되는 광의 경로 상에 배치된다. 이에 따라, 광학 필터에 입사되는 광의 입사각이 증가하며, 입사각 증가는 광학 필터의 설계 및 제작을 어렵게 만든다. 나아가, 광학 필터가 이미지 센서의 전방에 근접하여 배치되기 때문에, 광학 필터 내에 형성된 이물이나 오염물이 촬상되는 이미지에 크게 영향을 미칠 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 커버 윈도우에 의한 비점 수차를 보정함과 아울러 광학 필터에 입사되는 입사각을 줄일 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 커버 윈도우에 의한 비점 수차를 보정함과 아울러 광학 필터 기능을 갖는 새로운 광학 요소를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는, 이미지 센서에 광을 결상하도록 구성된 복수의 렌즈들; 상기 복수의 렌즈들 전방에 배치되며 방향에 따라 다른 굴절력을 갖는 커버 윈도우; 상기 커버 윈도우와 상기 복수의 렌즈들 사이 또는 상기 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및 상기 커버 윈도우의 방향에 따른 굴절력을 상쇄하도록 구성되며 상기 커버 윈도우를 통과한 광의 경로 상에 배치된 수차 보정기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수차 보정기와 상기 광학 필터는 하나로 통합된 수차 보정 광학 필터를 형성할 수 있다.
상기 수차 보정 광학 필터는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 배치된 광학 필터층을 포함할 수 있다.
상기 수차 보정 필터는 상기 수차 보정 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 30도 미만인 위치에 배치될 수 있다.
상기 수차 보정 광학 필터는 상기 수차 보정 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작은 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학 필터는 상기 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 30도 미만인 위치에 배치될 수 있다.
상기 광학 필터는 상기 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작은 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 커버 윈도우는 방향에 따라 서로 다른 곡률을 갖고, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에서의 상기 커버 윈도우의 유효초점거리를 F1으로 정의하고, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에 대응하는 방향에서의 상기 수차 보정기의 유효초점거리를 F2로 정의할 때, F1<0, F2>0, ｜0.2F1｜<F2<｜2F1｜를 만족할 수 있다.
상기 이미지 센싱 장치는 LiDAR일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 광학 필터는, 방향에 따라 서로 다른 굴절력을 갖는 커버 윈도우와 이미지 센서 사이에 배치되어 커버 윈도우의 방향에 따른 굴절력을 상쇄하도록 구성되며, 선택된 파장 범위의 광을 투과하고 그 외의 광을 차단하는 수차 보정 광학 필터로서, 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 상에 배치된 광 필터층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에서의 상기 커버 윈도우의 유효초점거리를 F1으로 정의하고, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에 대응하는 방향에서의 상기 수차 보정기의 유효초점거리를 F2로 정의할 때, F1<0, F2>0, ｜0.2F1｜<F2<｜2F1｜를 만족한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 방향에 따라 굴절력이 다른 커버 윈도우를 사용하면서 상기 커버 윈도우에 의해 발생되는 비점 수차를 보정할 수 있으며, 아울러 광학 필터에 입사되는 입사각을 줄일 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 광학 필터에 포함될 수 있는 이물이 이미지 센서에 의해 촬상되는 이미지에 미치는 영향을 줄일 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 도 1의 수평 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 도 1의 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6a는 커버 윈도우 사용에 따라 비점 수차를 보이는 렌즈 시스템을 설명하기 위한 회절 MTF 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 수차 보정기를 이용하여 비점 수차를 개선한 렌즈 시스템을 설명하기 위한 회절 MTF 그래프이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 도 1의 수평 단면도이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 도 1의 수직 단면도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 커버 윈도우(10), 수차 보정 광학 필터(20), 광선 조리개(field stop, 30), 렌즈 시스템(100), 및 상면(IP)을 형성하는 이미지 센서를 포함한다.
렌즈 시스템(100)은 상면(image plane: IP)에 이미지를 결상하도록 배치되며, 상면측에 CCD 또는 CMOS 센서가 배치된다. 여기서, 렌즈 시스템(100)은 6개의 렌즈들을 포함하는 것으로 도시하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈 시스템(100)은 복수의 렌드를 포함하며, 6개 미만이거나 그보다 많을 수도 있다. 편의상, 물체측에 가장 가까운 렌즈를 제1 렌즈, 상측에 가장 가까운 렌즈를 제6 렌즈라 칭하기로 한다. 제1 렌즈와 제6 렌즈 사이에 배치된 렌즈들을 순차적으로 제2, 제3, 제4, 제5 렌즈로 칭한다.
복수의 렌즈들은 광축(z)을 기준으로 일직선 상에 배열될 수 있으며, 각각의 렌즈는 광축(z)을 중심으로 회전 대칭 형상을 가질 수 있다. 각각의 렌즈의 표면은 구면일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 비구면일 수도 있다. 렌즈들은 서로 조합하여 이미지 센서에 이미지를 결상하도록 구성되며 각각의 렌즈는 요구되는 바에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 렌즈들은 글래스나 투명 플라스틱으로 제작될 수 있다.
커버 윈도우(10)는 방향에 따라 서로 다른 굴절력을 갖는다. 따라서, 커버 윈도우(10)는 특정 방향을 따라 최대 굴절력을 가질 수 있다. 예를 들어, 자율 주행 차량이나 드론 등에 사용되는 라이다(LiDAR)는 렌즈를 보호하기 위한 커버 윈도우(10)를 포함한다. 이러한 커버 윈도우(10)는 최대 시야각을 확보하기 위해 실린더 형상의 표면을 가질 수 있으며, 따라서, 수평 방향에서 최대 굴절력을 갖고 수직 방향에서 최소 굴절력을 가질 수 있다. 일반적으로, 커버 윈도우(10)는 또한, 렌즈들과 달리, 광축(z)을 중심으로 하는 회전체 형상을 갖지 않으며, 또한, 회전 대칭 구조를 갖지 않을 수 있다.
커버 윈도우(10)는 예를 들어, 글라스 또는 폴리카보네이트 등의 다양한 플라스틱으로 형성될 수 있으며, 일 예로, 호야(Hoya)사의 BSC7으로 형성될 수 있다.
수차 보정 광학 필터(20)는 커버 윈도우의 굴절력을 상쇄하는 수차 보정 기능과 함께 특정 파장의 광을 투과하고 그 이외의 파장의 광을 차단하는 광학 필터 기능을 함께 보유한다.
수차 보정 광학 필터(20)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 커버 윈도우(10)와 렌즈 시스템(100) 사이에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수차 보정 광학 필터(20)는 제1 렌즈와 제6 렌즈 사이에서 렌즈들 사이에 배치될 수도 있다.
광학 필터는 입사되는 광의 입사각이 증가함에 따라 투과되는 광의 파장이 단파장측으로 편이되는 파장 편이를 나타낸다. 따라서, 수차 보정 광학 필터(20)에 입사되는 광의 입사각을 줄이는 것은 수차 보정 광학 필터(20)의 설계 및 제조에 도움이 된다. 커버 윈도우(10)를 통과해서 광선 조리개(30)를 통과하는 광선을 추적하면 광축(z)에 대한 광의 상대적인 각도가 렌즈들 사이의 위치마다 다른 것을 확인할 수 있다. 따라서, 수차 보정 광학 필터(20)를 렌즈들 사이에 배치할 경우, 수차 보정 광학 필터(20)에 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작게 되는 위치를 선택할 수 있다.
한편, 수차 보정 광학 필터(20)를 렌즈들과 상면(IP) 사이에 배치하는 대신 렌즈 시스템(100) 내부 또는 커버 윈도우(10)와 렌즈 시스템(100) 사이에 배치함으로써 수차 보정 광학 필터(20) 내에 포함된 이물 또는 결함이 촬상되는 이미지에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
수차 보정 광학 필터(20)는 예를 들어, 가시광선 또는 적외선 영역 중 선택된 파장 대역의 광이 투과되도록 한다. 선택된 파장 대역은 430nm 내지 1100nm 범위 내일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 선택된 파장은 가지광선일 수 있으며, 수차 보정 광학 필터(20)는 근적외선을 차단하는 적외선 차단필터일 수 있다.
한편, 수차 보정 광학 필터(20)는 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하여 비점 수차를 보정한다. 예를 들어, 커버 윈도우(10)가 방향에 따라 서로 다른 곡률을 갖고, 커버 윈도우(10)의 최대 곡률 방향에서의 커버 윈도우(10)의 유효초점거리를 F1으로 정의하고, 커버 윈도우(10)의 최대 곡률 방향에 대응하는 방향에서의 상기 수차 보정 광학 필터(20)의 유효초점거리를 F2로 정의할 때, F1<0, F2>0, ｜0.2F1｜<F2<｜2F1｜를 만족할 수 있다. 이 조건에서 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하여 비점 수차를 보정할 수 있다. 수차 보정 광학 필터(20)는 또한 커버 윈도우(10)의 다른 방향에서의 굴절력을 보정할 수 있으며, 커버 윈도우(10)의 곡률이 0인 방향에 대해서는 수차 보정 광학 필터(20) 또한 곡률을 갖지 않는다.
일 예로, 도 1, 도 2a, 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 커버 윈도우(10)는 수평 방향에서 곡률을 갖고 수직 방향에서 곡률을 갖지 않을 수 있으며, 이에 대응하여, 수차 보정 광학 필터(20) 또한 수평 방향에서 곡률을 갖고 수직 방향에서 곡률을 갖지 않을 수 있다. 한편, 수차 보정 광학 필터(20)는 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하기 위해 유효 초점 거리가 커버 윈도우(10)의 유효 초점 거리와 반대 부호를 갖는다. 수차 보정 광학 필터(20)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 상세하게 설명된다.
광선 조리개(30)는 주변 필드를 제한하기 위해 배치될 수 있다. 광선 조리개(30)는 1개 이상 배치될 수 있으며, 그 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다. 도시한 바와 같이, 광선 조리개(30)는 렌즈 시스템(100) 내부에 배치될 수도 있으며, 커버 윈도우(10)와 렌즈 시스템(100) 사이에 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 광학 필터(20)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 수차 보정 광학 필터(20)는 베이스 기판(21), 상부 광 필터층(23), 및 하부 광 필터층(25)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(21)은 글라스 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 도면에서 베이스 기판(21)이 평평한 표면을 갖는 것으로 도시하지만, 베이스 기판(21)은 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하기 위해 적어도 일면이 곡률을 갖는다. 상면이 커버 윈도우(10)에 대면할 수 있으며, 일 실시예에 있어서, 상면이 평평하고 하면은 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 다른 실시예에 있어서, 상면이 오목한 형상을 갖고 하면이 평평할 수 있다. 베이스 기판(21)의 형상은 커버 윈도우(10)의 형상에 대응하여 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하도록 다양한 형상을 가질 수 있다.
한편, 상부 광 필터층(23) 및 하부 광 필터층(25)은 요구되는 파장의 광을 투과시키고 그 외의 광을 차단하도록 구성된다. 상부 광 필터층(23)은 광의 입사면 상에 형성되고, 하부 광 필터층(25)은 광의 출사면 상에 배치될 수 있다. 상부 광 필터층(23)과 하부 광 필터층(23)은 서로 위치를 바꾸어 배치될 수도 있다. 상부 및 하부 광 필터층들(23, 25)은 굴절률이 서로 다른 층들을 교번하여 적층한 구조를 가질 수 있으며, 광의 간섭을 이용한 간섭 필터를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상부 광 필터층(23)은 복수의 고굴절률 물질층과 복수의 저굴절률 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 고굴절률과 저굴절률은 서로 상대적인 굴절률값을 의미하는 것으로, 고굴절률 물질층은 저굴절률 물질층에 비해 더 높은 굴절률을 갖는다. 일 예로, 고굴절률 물질층은 TiO2, Ta2O5, Nb2O5 등 2.0 이상의 굴절률을 갖는 물질층일 수 있으며, 저굴절률 물질층은 SiO2, Si3N4 등 2.0 미만의 굴절률을 갖는 물질층일 수 있다.
상부 광 필터층(23)은 화학기상 증착법 또는 전자빔 증발법이나 스퍼터링법과 같은 물리기상 증착법을 이용하여 베이스 기판(21) 상에 증착될 수 있다.
한편, 하부 광 필터층(25)은 베이스 기판(21)으로부터 출사되는 광이 베이스 기판(21)과 공기의 계면에서 반사되는 것을 방지하여 광의 투과율을 증가시킬 수 있다.
하부 광 필터층(25)은 고굴절률 물질층과 저굴절률 물질층을 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 고굴절률 물질층은 TiO2, Ta2O5, Nb2O5 등에서 선택될 수 있으며, 저굴절률 물질층은 SiO2, Si3N4 등에서 선택될 수 있다. 하부 광 필터층(25)은 예를 들어, 화학기상 증착법 또는 전자빔 증발법이나 스퍼터링법과 같은 물리기상 증착법을 이용하여 베이스 기판(21)의 하면 상에 증착될 수 있다. 특히, 하부 광 필터층(25)의 고굴절률 물질층 및 저굴절률 물질층은 상부 광 필터층(23)의 고굴절률 물질층 및 저굴절률 물질층과 각각 동일한 물질층일 수 있으며, 따라서, 수차 보정 광학 필터(20)의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 베이스 기판(21)의 양면에 상부 광 필터층(23) 및 하부 광 필터층(25)이 배치된 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상부 광 필터층(23) 또는 하부 광 필터층(25)은 생략될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 커버 윈도우(도시하지 않음), 광선 조리개(40), 렌즈 시스템(200), 수차 보정 광학 필터(50), 및 상면(IP)을 제공하는 이미지 센서를 포함한다. 다만, 본 실시예에서, 광선 조리개(40)는 렌즈 시스템(200)의 전방에 배치되고, 수차 보정 광학 필터(50)는 렌즈들 사이에 배치되며, 렌즈들의 형상이 변경된 것에 차이가 있다.
렌즈들은 상면에 이미지를 결상하도록 구성되며, 렌즈들은 이미지를 결상하는 한 다양한 형상을 가질 수 있다.
한편, 수차 보정 광학 필터(50)는 입사되는 광의 입사각이 30도 미만이 되는 위치에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 수차 보정 광학 필터(50)로 입사되는 광의 입사각을 고려하여 수차 보정 광학 필터(50)의 위치를 선택할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 렌즈들 사이의 각 위치별 광의 경로를 대비하여 수차 보정 광학 필터(50)로 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작은 위치에 수차 보정 광학 필터(50)를 배치할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 수차 보정 광학 필터(50)로 입사되는 전체 광의 평균 입사각을 추출하여 평균 입사각이 가장 작은 위치에 수차 보정 광학 필터(50)를 배치할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하여 설명한 이미지 센싱 장치와 대체로 유사하나, 수차 보정 광학 필터(20) 대신 수차 보정기(20a)와 광학 필터(20b)를 각각 포함하는 것에 차이가 있다. 즉, 앞의 실시예에서 수차 보정기(20a)와 광학 필터(20b)가 하나로 통합된 수차 보정 광학 필터(20)가 채택된 것인데 반해, 본 실시예에서는 이들이 개별적으로 이미지 센싱 장치 내에 포함된 것이다.
본 실시예에 있어서, 수차 보정기(20a)는 베이스 기판(21)과 같이 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하는 형상을 갖는다. 커버 윈도우(10)가 방향에 따라 서로 다른 곡률을 갖고, 커버 윈도우(10)의 최대 곡률 방향에서의 커버 윈도우(10)의 유효초점거리를 F1으로 정의하고, 커버 윈도우(10)의 최대 곡률 방향에 대응하는 방향에서의 수차 보정기(20a)의 유효초점거리를 F2로 정의할 때, F1<0, F2>0, ｜0.2F1｜<F2<｜2F1｜를 만족할 수 있다. 이 조건에서 커버 윈도우(10)의 굴절력을 상쇄하여 비점 수차를 보정할 수 있다. 수차 보정기(20a)는 또한 커버 윈도우(10)의 다른 방향에서의 굴절력을 보정할 수 있으며, 커버 윈도우(10)의 곡률이 0인 방향에 대해서는 수차 보정기(20) 또한 곡률을 갖지 않는다.
수차 보정기(20a)는 커버 윈도우(10)와 상면 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 도시한 바와 같이, 수차 보정기(20a)는 커버 윈도우(10)와 렌즈 시스템(100) 사이에 배치될 수도 있고, 렌즈 시스템(100) 내부에 배치될 수도 있으며, 렌즈 시스템(100)과 이미지 센서 사이에 배치될 수도 있다.
한편, 광학 필터(20b)는 수차 보정기능을 갖지 않는 통상의 광학 필터 구조를 가질 수 있다. 즉, 광학 필터(20b)는 도 3에서 설명한 수차 보정 광학 필터(20)와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 다만, 베이스 기판(21)의 양면이 평평한 면일 수 있다.
광학 필터(20b)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 렌즈 시스템(100) 내에 배치될 수 있다. 특히, 광학 필터(20b)는 광의 입사각이 작은 위치에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 광학 필터(20b)에 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작은 위치에 광학 필터(20b)가 배치될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 광학 필터(20b)에 입사되는 광의 평균 입사각이 가장 작은 위치에 광학 필터(20b)가 배치될 수도 있다.
다른 실시예에 있어서, 광학 필터(20b)는 커버 윈도우(10)와 렌즈 시스템(100) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 광학 필터(20b)는 수차 보정기(20a)의 전방 또는 후방에 배치될 수 있다.
광학 필터(20b)는 이미지 센서의 상면(IP)으로부터 떨어져 배치되며, 따라서, 광학 필터(20b) 내에 포함된 이물이나 결함이 촬상된 이미지에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.
도 6a는 커버 윈도우 사용에 따라 비점 수차를 보이는 렌즈 시스템을 설명하기 위한 회절 MTF(modulation transfer function) 그래프이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 수차 보정기를 이용하여 비점 수차를 개선한 렌즈 시스템을 설명하기 위한 회절 MTF 그래프이다. 커버 윈도우 및 렌즈 시스템은 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 동일하며, 여기서, 커버 윈도우(10)의 외부 반경은 120mm, 내부 반경은 119mm로 하였다. 한편, 수차 보정 광학 필터(20)의 상면 측 반경은 20,000mm로 하고, 하면을 평평한 면으로 하였다. 렌즈들은 구면으로 구성하였다. 도 6a와 도 6b의 렌즈 시스템(100)은 서로 동일하다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 도 1의 렌즈 시스템에서 수차 보정 광학 필터를 제외하고 수평 방향 및 수직 방향에서의 모듈레이션을 계산할 경우, 수평 방향 및 수직 방향의 초점 위치의 차이가 0.2mm를 초과한다. 이에 반해, 도 6b에 도시된 바와 같이, 수차 보정 광학 필터(20)를 이용함으로써 수평 방향 및 수직 방향의 초점 위치를 0.01mm 이하로 보정할 수 있다.
위 실시예들에서 설명된 이미지 센싱 장치는 다양한 제품에 사용될 수 있다. 특히, 상기 이미지 센싱 장치는 자동차나 드론 등에 사용되는 LiDAR일 수 있다. LiDAR는 일반적으로 초점 거리가 길기 때문에 커버 윈도우에 의한 비점 수차가 큰 문제가 된다. 따라서, 본 발명의 기술은 LiDAR에 특히 적합하게 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 (11)

  1. 이미지 센서에 광을 결상하도록 구성된 복수의 렌즈들;
    상기 복수의 렌즈들 전방에 배치되며 방향에 따라 다른 굴절력을 갖는 커버 윈도우;
    상기 커버 윈도우와 상기 복수의 렌즈들 사이 또는 상기 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및
    상기 커버 윈도우의 방향에 따른 굴절력을 상쇄하도록 구성되며 상기 커버 윈도우를 통과한 광의 경로 상에 배치된 수차 보정기를 포함하되,
    상기 커버 윈도우는 방향에 따라 서로 다른 곡률을 갖고, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에서의 상기 커버 윈도우의 유효초점거리를 F1으로 정의하고, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에 대응하는 방향에서의 상기 수차 보정기의 유효초점거리를 F2로 정의할 때, F1<0, F2>0, ｜0.2F1｜<F2<｜2F1｜를 만족하는 이미지 센싱 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수차 보정기와 상기 광학 필터는 하나로 통합된 수차 보정 광학 필터를 형성하는 이미지 센싱 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 수차 보정 광학 필터는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 상에 배치된 광학 필터층을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 수차 보정 광학 필터는 상기 수차 보정 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 30도 미만인 위치에 배치되는 이미지 센싱 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수차 보정 광학 필터는 상기 수차 보정 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작은 위치에 배치되는 이미지 센싱 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 필터는 상기 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 30도 미만인 위치에 배치되는 이미지 센싱 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 필터는 상기 광학 필터로 입사되는 광의 최대 입사각이 가장 작은 위치에 배치되는 이미지 센싱 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1 내지 7의 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센싱 장치는 LiDAR인 이미지 센싱 장치.
  10. 방향에 따라 서로 다른 굴절력을 갖는 커버 윈도우와 이미지 센서 사이에 배치되어 커버 윈도우의 방향에 따른 굴절력을 상쇄하도록 구성되며, 선택된 파장 범위의 광을 투과하고 그 외의 광을 차단하는 수차 보정 광학 필터로서,
    베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 상에 배치된 광 필터층을 포함하되,
    상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에서의 상기 커버 윈도우의 유효초점거리를 F1으로 정의하고, 상기 커버 윈도우의 최대 곡률 방향에 대응하는 방향에서의 상기 수차 보정 광학 필터의 유효초점거리를 F2로 정의할 때, F1<0, F2>0, ｜0.2F1｜<F2<｜2F1｜를 만족하는 수차 보정 광학 필터.
  11. 삭제
KR1020210003975A 2021-01-12 2021-01-12 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터 KR102521935B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210003975A KR102521935B1 (ko) 2021-01-12 2021-01-12 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210003975A KR102521935B1 (ko) 2021-01-12 2021-01-12 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220101915A KR20220101915A (ko) 2022-07-19
KR102521935B1 true KR102521935B1 (ko) 2023-04-17

Family

ID=82606946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210003975A KR102521935B1 (ko) 2021-01-12 2021-01-12 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102521935B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170285309A1 (en) * 2015-06-30 2017-10-05 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Mobile terminal

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120016499A (ko) * 2010-08-16 2012-02-24 삼성전자주식회사 카메라 모듈
WO2016020147A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Fotonation Limited An optical system for an image acquisition device
KR20180090116A (ko) * 2017-02-02 2018-08-10 삼성전자주식회사 광 필터 및 이를 포함하는 광 분광기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170285309A1 (en) * 2015-06-30 2017-10-05 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Mobile terminal

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220101915A (ko) 2022-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220035971A (ko) 개구-메타 표면 및 하이브리드 굴절-메타 표면 이미징 시스템
KR101309423B1 (ko) 초광각 렌즈 모듈
WO2013179592A1 (ja) 赤外線光学系、赤外線撮像装置
TWI598620B (zh) Optical lens
KR20220026345A (ko) 촬상 광학계
US8736985B2 (en) Photographic lens optical system
KR101214601B1 (ko) 비열화 적외선 렌즈모듈
TW201930950A (zh) 鏡頭及其製造方法
CN112394492A (zh) 光学系统、摄像头模组及终端设备
KR102521935B1 (ko) 커버 윈도우를 갖는 이미지 센싱 장치 및 수차 보정 광학 필터
CN110471173B (zh) 一种带衍射面的四反中波红外取景器光学系统
EP3015902B1 (en) Compact multispectral wide angle refractive optical system
KR101869965B1 (ko) 렌즈 광학계 및 촬상 장치
KR20220062464A (ko) 촬상 광학계
JP2021096283A (ja) レンズ系
KR101618866B1 (ko) 비열화 대물 광학계
EP1178343B1 (en) Objective for infrared vision systems
KR102368759B1 (ko) 촬상 광학계
KR102293909B1 (ko) 렌즈 시스템
KR20150086058A (ko) 비열화 원적외선용 카메라 광학 모듈
JPWO2019142770A1 (ja) 赤外線レンズユニット及び赤外線カメラ
WO2024070644A1 (ja) 赤外線レンズ、赤外線光学系及び赤外線撮像装置
US11469496B2 (en) Reducing the optical effects of domes
CN111624732B (zh) 一种非制冷长波红外广角镜头
KR20220126921A (ko) 초분광 모바일 장치용 렌즈 시스템, 그것을 갖는 모바일 장치용 카메라, 및 그것을 갖는 모바일 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant