KR102643832B1 - lnterferometer, wide-angle spectral imaging device with the same, and depth imaging device with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간섭 필터, 이를 구비한 광각 분광 이미징 장치 및 이를 구비한 깊이 이미징 장치에 관한 것이다. 본 발명은 광이 입사하는 제1 표면과, 그 반대 측인 제2 표면을 구비하는 제1 반사층과, 상기 제2 표면과 거리를 두고 마주보는 제3 표면과, 그 반대 측이며 광이 출사하는 제4 표면을 구비하는 제2 반사층을 구비하며, 상기 제1 반사층의 제1 표면과 상기 제2 반사층의 제4 표면 사이의, 광축과 나란한 가상의 경로 상의 모든 매질들 각각의 상기 경로 상의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 상기 광축에서 멀어질수록 커지도록 구성된 간섭 필터를 제공한다. 본 발명에 따른 간섭 필터는 입사각이 큰 외곽부에서도 목표하는 파장 대역의 광을 투과시키고, 다른 대역의 광을 차단할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 간섭 필터를 사용하는 깊이 이미징 장치와 광각 분광 이미징 장치는 외곽부에서의 감도가 향상된다. The present invention relates to an interference filter, a wide-angle spectral imaging device equipped therewith, and a depth imaging device equipped therewith. The present invention includes a first reflective layer having a first surface on which light is incident, a second surface on the opposite side, a third surface facing the second surface at a distance, and a third surface on the opposite side from which light exits. a second reflective layer having four surfaces, the thickness and refractive index of each of all media on an imaginary path parallel to the optical axis between the first surface of the first reflective layer and the fourth surface of the second reflective layer; An interference filter is provided so that the sum of the multiplied values increases as the distance from the optical axis increases. The interference filter according to the present invention can transmit light in the target wavelength band and block light in other bands even in the outer portion where the angle of incidence is large. Therefore, the depth imaging device and the wide-angle spectral imaging device using the interference filter according to the present invention have improved sensitivity in the outer area.

Figure 112021084676862-pat00012
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Description

간섭 필터, 이를 구비한 광각 분광 이미징 장치 및 이를 구비한 깊이 이미징 장치{lnterferometer, wide-angle spectral imaging device with the same, and depth imaging device with the same}Interference filter, wide-angle spectral imaging device having the same, and depth imaging device having the same {lnterferometer, wide-angle spectral imaging device with the same, and depth imaging device with the same}

본 발명은 간섭 필터, 이를 구비한 광각 분광 이미징 장치 및 이를 구비한 깊이 이미징 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an interference filter, a wide-angle spectral imaging device equipped therewith, and a depth imaging device equipped therewith.

[분광 이미징 기술][Spectral imaging technology]

분광 이미징 기술은 스펙트럼 대역에 따른 2차원 영상정보를 제공하는 기술을 의미한다. 분광 이미징 기술은 PCB 검사, 위조지폐 검사, 피부 특성 측정, 식품 검사 등 다양한 분야에 사용된다.Spectral imaging technology refers to a technology that provides two-dimensional image information according to the spectral band. Spectral imaging technology is used in a variety of fields, including PCB inspection, counterfeit money inspection, skin characteristic measurement, and food inspection.

분광 이미징 장치는 수광 렌즈나 투광 렌즈와 같은 광학계와, 수광 센서를 구비하는 광 수신기(light receiver)와, 분광 장치를 포함한다.A spectral imaging device includes an optical system such as a light receiving lens or a light projection lens, a light receiver including a light receiving sensor, and a spectroscopic device.

광 수신기는 복수의 영역으로 나뉘어 있으며, 피사체로부터의 빛을 수신하여, 전기신호를 발생시킨다.The optical receiver is divided into a plurality of areas and receives light from the subject to generate an electrical signal.

분광 장치는 광 수신기의 수광 센서 전방에 배치된다. 분광 장치는 크게 모노크로메터(Monochromator) 방식과, 광학 가변 필터(Optical tunable filter) 방식으로 구분된다. 광학 가변 필터는 크게 고정형과 가변형으로 나눌 수 있다. 광학 가변 필터는 특정 파장 영역의 빛만을 통과시키는 역할을 한다. 고정형 가변 필터는 필터 휠(Filter wheel) 방식과 패브리 페롯(Fabry-perot) 간섭 필터 필터가 대표적이다.The spectroscopic device is placed in front of the light receiving sensor of the optical receiver. Spectroscopic devices are largely divided into monochromator type and optical tunable filter type. Optical variable filters can be broadly divided into fixed and variable types. The optical variable filter serves to pass only light in a specific wavelength range. Representative fixed variable filters include the filter wheel type and Fabry-Perot interference filter.

도 1은 광학 가변 필터의 일례인 패브리-페로 간섭 필터(Fabry-Perot Interferometer, FPI)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 패브리-페로 간섭 필터는 서로 마주보고 있는 한 쌍의 반사면(R1, R2)을 구비한다. 입사된 빛은 반사면(R1, R2) 사이에서 반사된다. 반사면(R1, R2)의 반사율은 100%가 아니므로, 투과 파장의 빛이 반사면(R1, R2) 사이에서 반복하여 반사되는 과정에서 일정 비율의 빛(Lt)은 간섭 필터를 투과하고, 나머지는 다시 반사된다. 이러한 과정에서 특정 파장(투과 파장)의 빛은 보강 간섭을 일으키고, 나머지 빛들은 소멸 간섭에 의해서 사라진다. 1 is a diagram for explaining a Fabry-Perot Interferometer (FPI), which is an example of an optical tunable filter. As shown in Figure 1, the Fabry-Perot interference filter has a pair of reflective surfaces (R 1 , R 2 ) facing each other. The incident light is reflected between the reflecting surfaces (R 1 , R 2 ). Since the reflectivity of the reflective surfaces (R 1 , R 2 ) is not 100%, a certain percentage of light (L t ) interferes in the process of repeatedly reflecting light of the transmission wavelength between the reflective surfaces (R 1 , R 2 ). It passes through the filter, and the rest is reflected again. In this process, light of a specific wavelength (transmission wavelength) causes constructive interference, and the remaining light disappears due to destructive interference.

패브리-페로 간섭 필터에서는 한 쌍의 반사면(R1, R2) 사이의 거리(top)와 입사각(θ)에 따라서 투과 파장이 결정된다. 반사면은 금속계열의 단일 층으로 구현하거나, λ(투과 파장)/4 두께의 고굴절률(High Index)과 저굴절률(Low Index)의 유전체층(Dielectric Layer)들을 형성한 구조로 구성될 수 있다. 전자는 반사면에서의 흡수성분 때문에 투과율이 떨어지는 단점이 있다. 반면 후자는 높은 반사율과 좁은 반치폭의 필터 구성이 가능하다.In the Fabry-Perot interference filter, the transmission wavelength is determined depending on the distance (t op ) and the angle of incidence (θ) between a pair of reflecting surfaces (R 1 , R 2 ). The reflective surface can be implemented as a single layer of metal, or can be composed of high index and low index dielectric layers with a thickness of λ (transmission wavelength)/4. The former has the disadvantage of low transmittance due to the absorption component on the reflective surface. On the other hand, the latter allows for a filter configuration with high reflectance and narrow half width.

아래의 수학식 1은 패브리-페로 간섭 필터의 투과 파장을 결정하기 위한 공식이다. 여기서 n은 반사면들 사이에 채워진 물질의 굴절률(Refractive Index), top는 반사면 사이의 거리, θ는 입사각(Angle of Incidence), m은 정수, λ는 투과 파장을 의미한다.Equation 1 below is the formula for determining the transmission wavelength of the Fabry-Perot interference filter. Here, n is the refractive index of the material filled between the reflective surfaces, t op is the distance between the reflective surfaces, θ is the angle of incidence, m is an integer, and λ is the transmission wavelength.

Figure 112021084676862-pat00001
Figure 112021084676862-pat00001

수학식 1에 따르면 패브리-페로 간섭 필터는 입사각에 따라 투과 파장이 변화한다. 즉, m은 1이고, 한 쌍의 반사면 사이의 거리(top)가 λ0/2(top0/2)이고, 반사면 사이에 공기가 채워진 경우(n=1), 패브리-페로 간섭 필터를 수직으로 입사하는 빛의 투과 파장은 λ0 가 된다. 그리고 입사광의 입사각이 커지면, cosθ 값이 작아지므로, 투과 파장이 λ0에 비해서 짧아진다. 예를 들어, 입사각이 30도이면, 투과 파장은 0.866λ0 로 짧아진다. 즉, 패브리-페로 간섭 필터에 수직으로 입사하는 빛은 파장이 λ0인 성분만 패브리-페로 간섭 필터를 투과하며, 30도 입사하는 빛은 파장이 0.866λ0인 성분만 투과한다.According to Equation 1, the transmission wavelength of the Fabry-Perot interference filter changes depending on the angle of incidence. That is, when m is 1, the distance (t op ) between a pair of reflective surfaces is λ 0 /2 (t op0 /2), and air is filled between the reflective surfaces (n = 1), the fabric -The transmission wavelength of light perpendicularly incident on the Ferot interference filter is λ 0 . And as the incident angle of incident light increases, the cosθ value decreases, so the transmission wavelength becomes shorter than λ 0 . For example, if the angle of incidence is 30 degrees, the transmitted wavelength is 0.866λ 0 shortened to In other words, for light incident perpendicularly to the Fabry-Perot interference filter, only the component with a wavelength of λ 0 passes through the Fabry-Perot interference filter, and for light incident at 30 degrees, only the component with a wavelength of 0.866λ 0 passes through the filter.

또한, 수학식 1을 참고하여 위에서 설명한 바와 같이, 입사광이 패브리-페로 간섭 필터에 항상 이상적인 입사각, 즉 수직으로 입사하지는 않기 때문에 입사각에 따른 편차가 생길 수 있다. 입사광이 패브리-페로 간섭 필터에 수직으로 입사하지 않을 경우에는 목표하는 중심 파장에 비해서 파장이 10~20㎚ 정도 짧은 단파장의 빛이 패브리-페로 간섭 필터를 통과하고, 오히려 목표하는 중심 파장의 빛이 패브리-페로 간섭 필터에 의해서 차단될 수 있다.Additionally, as explained above with reference to Equation 1, since incident light does not always enter the Fabry-Perot interference filter at an ideal angle of incidence, that is, perpendicularly, deviations depending on the angle of incidence may occur. When the incident light does not enter the Fabry-Perot interference filter perpendicularly, light with a short wavelength of about 10 to 20 nm shorter than the target center wavelength passes through the Fabry-Perot interference filter, and rather, light with the target center wavelength passes through the Fabry-Perot interference filter. It can be blocked by a Fabry-Perot interference filter.

입사각은 간섭 필터의 위치별로 다를 수 있다. 일반적으로 패브리-페로 간섭 필터의 중심부에 입사되는 빛의 입사각은 수직에 가까우며, 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부에 입사되는 빛은 비스듬하게 입사되므로, 외곽부는 중심부에 비해서 단파장의 빛이 통과하게 된다. 따라서 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부에서는 목표하는 중심 파장의 빛이 오히려 간섭 필터에 의해서 차단될 수 있다.The angle of incidence may vary depending on the location of the interference filter. In general, the angle of incidence of light incident on the center of the Fabry-Perot interference filter is close to vertical, and the light incident on the outer part of the Fabry-Perot interference filter is incident at an angle, so light of shorter wavelength passes through the outer part than the central part. . Therefore, at the outside of the Fabry-Perot interference filter, light of the target center wavelength may be blocked by the interference filter.

예를 들어, 광학 필터로 중심 파장이 940㎚, 반치전폭이 30㎚인 패브리-페로 간섭 필터를 사용하였는데, 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부에 입사되는 광의 입사각이 커져서 투과 파장이 20㎚ 단파장 쪽으로 이동한다면, 외곽부에서 패브리-페로 간섭 필터의 투과 파장은 925~955㎚에서 905~935㎚로 변경되므로, 파장범위가 935~955㎚인 광은 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부의 투과 파장 범위의 상한치인 935㎚를 벗어나서, 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부에 의해서 차단된다. 따라서 분광 이미징 장치로 획득한 이미지의 외곽부가 왜곡될 수 있다.For example, a Fabry-Perot interference filter with a central wavelength of 940 nm and a full width at half maximum of 30 nm was used as an optical filter. However, the angle of incidence of light incident on the outer part of the Fabry-Perot interference filter increased, so the transmission wavelength shifted toward the short wavelength of 20 nm. When moving, the transmission wavelength of the Fabry-Perot interference filter at the outer part changes from 925 to 955 nm to 905 to 935 nm, so light with a wavelength range of 935 to 955 nm is transmitted in the outer part of the Fabry-Perot interference filter. Outside the upper limit of 935 nm, it is blocked by the outer part of the Fabry-Perot interference filter. Therefore, the outer portion of the image acquired with a spectral imaging device may be distorted.

또한, 입사광이 패브리-페로 간섭 필터에 수직으로 입사하지는 않을 경우에는 크로스토크에 의한 헤이즈 현상이 생길 수 있다는 문제도 있다. Additionally, if the incident light does not enter the Fabry-Perot interference filter perpendicularly, there is a problem that a haze phenomenon may occur due to crosstalk.

도 2는 종래의 패브리-페로 간섭 필터에 입사각이 큰 입사광이 유입되었을 때 반사면들(R1, R2) 사이에서의 빛의 진행을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the progression of light between reflective surfaces R 1 and R 2 when incident light with a large incident angle enters a conventional Fabry-Perot interference filter.

도 2에 도시된 바와 같이, 입사각이 클 경우에는 빛이 반사면들(R1, R2) 사이에서 반사를 거듭하면서 반사면들(R1, R2)과 직교하는 방향으로 이동하는 거리가 증가한다(Zone 1에서 Zone 3으로 갈수록 거리가 증가한다). 이 거리는 반사면들(R1, R2)의 반사율이 높고, 입사각이 클수록 길어진다.As shown in FIG. 2, when the angle of incidence is large, the distance that light travels in the direction perpendicular to the reflective surfaces (R 1 , R 2 ) while repeatedly reflecting between the reflective surfaces (R 1 , R 2 ) is increases (the distance increases from Zone 1 to Zone 3). This distance becomes longer as the reflectivity of the reflective surfaces (R 1 , R 2 ) is high and the angle of incidence is large.

좀 더 구체적으로 입사각이 5도인 입사광은 반복되는 반사에 의해서 강도가 약해질 때까지 횡 방향으로 많이 이동하지 않지만, 입사각이 25도인 광은 상당히 먼 거리를 이동하여, 광 수신기(LR) 내의 어레이 센서의 피사체 분할영역에 해당하는 픽셀뿐 아니라 인접하는 픽셀에까지 입사된다. More specifically, incident light with an incident angle of 5 degrees does not move much in the lateral direction until its intensity is weakened by repeated reflection, but light with an incident angle of 25 degrees travels a fairly long distance and is transmitted to the array sensor in the optical receiver (LR). It is incident not only on the pixel corresponding to the subject segmentation area, but also on the adjacent pixel.

표 1은 반사면의 반사율과 입사각에 따른 반사면과 직교하는 방향으로의 이동거리를 나타낸 것이다. 광 수신기의 어레이 센서는 통상 수 마이크로미터의 픽셀크기를 가진다.Table 1 shows the reflectivity of the reflective surface and the moving distance in the direction perpendicular to the reflective surface according to the angle of incidence. The array sensor of an optical receiver typically has a pixel size of several micrometers.

표 1을 참조하면, 입사각 0도(수직으로 입사)일 경우에는 반사율에 관계없이 이동거리는 0㎛이고, 입사각 30도일 경우에는 반사율 0.9일 때 약 9.3㎛이고, 반사율 0.95일 때 약 24.4㎛이다. 반사율이 커지면 반사 횟수가 증가하므로, 이동거리가 증가한다. 입사각이 커지면 한번 반사될 때까지의 이동거리가 증가한다.Referring to Table 1, when the incident angle is 0 degrees (vertically incident), the moving distance is 0㎛ regardless of the reflectance, and when the incident angle is 30 degrees, it is about 9.3㎛ when the reflectance is 0.9, and about 24.4㎛ when the reflectance is 0.95. As reflectivity increases, the number of reflections increases, so the travel distance increases. As the angle of incidence increases, the distance it travels until it is reflected increases.

따라서 반사율과 입사각이 증가할수록 이동거리가 길어져 인접하는 영역에 영향을 많이 미치고, 결국, 분광 이미징 장치의 해상도를 떨어뜨리는 것을 알 수 있다. 도 3은 헤이즈(흐림도) 성분에 따른 인접 각도(픽셀)로의 누광을 나타내는 그래프이다. 도 3의 가로축은 산란각(Scattering Angle)을 나타내며, 세로축은 출력(강도)을 나타낸다. 도 3에 따르면 헤이즈(흐림도) 성분이 증가할수록 인접 각도(픽셀)로 누광(Angular Crosstalk)이 증가하는 것을 알 수 있다.Therefore, as the reflectance and angle of incidence increase, the moving distance becomes longer, which greatly affects adjacent areas and ultimately reduces the resolution of the spectral imaging device. Figure 3 is a graph showing light leakage to adjacent angles (pixels) according to haze (cloudiness) component. The horizontal axis of Figure 3 represents the scattering angle, and the vertical axis represents the output (intensity). According to Figure 3, it can be seen that as the haze component increases, angular crosstalk increases at adjacent angles (pixels).

정리하면, 종래의 패브리-페로 간섭 필터를 사용하는 종래의 분광 이미징 장치는 다음과 같은 문제점들이 있었다.In summary, the conventional spectroscopic imaging device using the conventional Fabry-Perot interference filter had the following problems.

첫째, 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부로 입사하는 광의 입사각이 크기 때문에 목표하는 파장 대역의 광이 패브리-페로 간섭 필터에 의해서 차단되고, 오히려 목표하는 파장 대역의 광에 비해서 파장이 짧은 광이 패브리-페로 간섭 필터를 통과할 수 있다.First, because the angle of incidence of light incident on the outer part of the Fabry-Perot interference filter is large, light in the target wavelength band is blocked by the Fabry-Perot interference filter, and rather, light with a shorter wavelength than the light in the target wavelength band is transmitted through the Fabry-Perot interference filter. It can pass through the Ferot interference filter.

둘째, 패브리-페로 간섭 필터에 입사되는 입사광의 입사각이 클 경우에 한 쌍의 반사면들 사이에서 반복적으로 반사되는 과정에서 반사면들과 직교하는 방향으로 반사광이 이동하는 거리가 증가한다. 따라서 입사광이 대응하는 어레이 센서의 피사체 분할영역에 해당하는 픽셀뿐 아니라 인접하는 픽셀들에까지 조사되는 크로스토크 현상이 발생하여, 패브리-페로 간섭 필터의 외곽부로 갈수록 헤이즈 성분이 증가하고 해상도가 떨어진다.Second, when the angle of incidence of the incident light incident on the Fabry-Perot interference filter is large, the distance that the reflected light travels in the direction perpendicular to the reflective surfaces increases during the process of repeated reflection between a pair of reflective surfaces. Therefore, a crosstalk phenomenon occurs in which the incident light is irradiated not only to the pixel corresponding to the subject division area of the corresponding array sensor but also to adjacent pixels, and the haze component increases and resolution decreases toward the outer edge of the Fabry-Perot interference filter.

[깊이 이미징 기술][Depth imaging technology]

안면 인식, AR, VR 기술 등에 활용될 수 있는 깊이 이미징 기술에는 구조광(SL, Structured Light)을 사용하는 카메라와 빛의 비행시간을 측정하는 TOF 카메라가 사용된다.Depth imaging technology that can be used in facial recognition, AR, and VR technologies uses cameras that use structured light (SL) and TOF cameras that measure the flight time of light.

구조광을 사용하는 방식은 수만 개 정도의 점으로 이루어진 적외선 패턴을 피사체 조사한 후 피사체에 의한 적외선 패턴의 왜곡을 읽는 방식이다. 이 방식은 카메라와 피사체와의 거리가 멀어질수록 인식률이 크게 떨어진다는 단점이 있다.The method of using structured light is to irradiate an infrared pattern consisting of tens of thousands of dots to a subject and then read the distortion of the infrared pattern caused by the subject. This method has the disadvantage that the recognition rate drops significantly as the distance between the camera and the subject increases.

TOF 방식에는 나노 초(nS) 간격으로 적외선 빛을 연속해 방사하고, 그 빛이 피사체에 맞고 적외선 센서에 도달하는 시간을 측정해 피사체까지의 거리를 측정하는 직접(direct) 방식과 피사체에서 반사되는 빛의 위상의 변화를 측정하는 간접(in-direct) 방식이 있다.The TOF method includes a direct method that continuously radiates infrared light at nanosecond (nS) intervals and measures the distance to the subject by measuring the time it takes for the light to hit the subject and reach the infrared sensor. There is an indirect method of measuring changes in the phase of light.

TOF 카메라는 피사체를 다수의 영역으로 나누고, 그 각각의 영역까지의 거리를 측정하여 3차원 이미지를 얻는다. 영역을 나누는 방법에 따라 기구적으로 스캔하는 방식, MEMS 거울 등을 이용하는 솔리드 스테이트(Solid State) TOF 방식, 피사체를 일괄 조사하는 플래시(Flash) TOF 방식으로 나뉜다.A TOF camera divides the subject into multiple areas and measures the distance to each area to obtain a 3D image. Depending on how the area is divided, it is divided into a mechanical scanning method, a solid state TOF method using MEMS mirrors, and a flash TOF method that irradiates the subject all at once.

TOF 방식의 카메라는 수광 렌즈나 투광 렌즈와 같은 광학계, 수광 센서를 구비하는 광 수신기(light receiver), 광원 및 구동장치를 구비하는 광 송신기(light transmitter) 및 광학 필터(optical filter)를 포함한다.A TOF camera includes an optical system such as a light receiving lens or a flood lens, a light receiver including a light receiving sensor, a light transmitter including a light source and a driving device, and an optical filter.

광 수신기는 복수의 영역으로 나뉘어 있으며, 각각의 영역은 광 송신기에서 피사체를 향해서 조사된 후 반사된 빛, 광 수신기를 향하는 외부광 또는 피사체에서 반사된 외부광을 수신하여, 전기신호를 발생시킨다. 외부광은 태양이나 인공조명 등에 의한 빛일 수 있다.The optical receiver is divided into a plurality of areas, and each area receives light irradiated from the optical transmitter towards the subject and then reflected, external light towards the optical receiver, or external light reflected from the subject, and generates an electrical signal. External light may be light from the sun or artificial lighting.

광 송신기는 피사체를 향해서 빛을 조사하는 역할을 한다. 광 송신기는, 예를 들어, 자외선, 가시광선, 적외선 영역에 속하는 대역폭이 좁은 빛을 펄스 형태로 조사할 수 있다.The optical transmitter serves to irradiate light toward the subject. For example, the optical transmitter may irradiate light with a narrow bandwidth belonging to the ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays in the form of a pulse.

광학 필터는 광 수신기의 수광 센서 전방에 배치되어, 광 송신기에서 조사된 빛 이외의 외부광이 광 수신기로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다. 광학 필터는 간섭 필터(interference filter), 흡수 필터(absorptive filter), 이색 필터(dichroic filter) 등 일 수 있다. 광학 필터는 특정 파장 영역만 통과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다.The optical filter is disposed in front of the light receiving sensor of the optical receiver and serves to block external light other than light emitted from the optical transmitter from flowing into the optical receiver. The optical filter may be an interference filter, an absorptive filter, a dichroic filter, etc. The optical filter may be a band-pass filter that passes only a specific wavelength range.

광학 필터로 간섭 필터를 사용하는 경우에는 깊이 이미징 장치도 상술한 종래의 분광 이미징 장치와 동일한 문제들이 있다.When an interference filter is used as an optical filter, the depth imaging device also has the same problems as the conventional spectral imaging device described above.

즉, 첫째, 밴드 패스 필터의 외곽부로 입사하는 소스 광의 입사각이 크기 때문에 소스 광이 밴드 패스 필터에 의해서 차단되고, 오히려 소스 광에 비해서 파장이 짧은 외부광이 밴드 패스 필터를 통과할 수 있다.That is, first, because the incident angle of the source light incident on the outer part of the band-pass filter is large, the source light is blocked by the band-pass filter, and external light with a shorter wavelength than the source light can pass through the band-pass filter.

둘째, 밴드 패스 필터에 입사되는 입사광의 입사각이 클 경우에 한 쌍의 반사면들 사이에서 반복적으로 반사되는 과정에서 반사면들과 직교하는 방향으로 반사광이 이동하는 거리가 증가한다. 따라서 입사광이 대응하는 어레이 센서의 피사체 분할영역에 해당하는 픽셀뿐 아니라 인접하는 픽셀들에까지 조사되는 크로스토크 현상이 발생하여, 깊이 이미징 장치의 외곽부로 갈수록 헤이즈 성분이 증가하고 해상도가 떨어진다.Second, when the angle of incidence of the incident light incident on the band pass filter is large, the distance that the reflected light travels in the direction perpendicular to the reflective surfaces increases during the process of repeated reflection between a pair of reflective surfaces. Therefore, a crosstalk phenomenon occurs in which the incident light is irradiated not only to the pixel corresponding to the subject division area of the corresponding array sensor but also to adjacent pixels, and the haze component increases and resolution decreases toward the outer part of the depth imaging device.

이러한 문제점들 중에서 첫째 문제를 해결하기 위한 방법으로서, US2019/0162885A1 미국공개특허에는 소스 광을 송신하기 위해 구성된 광 송신기, 소스 광의 반사광을 수신하도록 구성된 광 수신기, 수신된 소스 광이 광 검출기 이전에 대역 통과 필터에서 수신되도록 광 수신기의 광 검출기 앞에 배치된 적외선 또는 근 적외선 밴드 패스 필터를 포함하는 장치로서, 밴드 패스 필터는 제1 파장 범위 내에서 광의 전달이 가능한 제1 영역과 제2 파장 범위 내에서 광의 전달이 가능한 제2 영역을 포함하는 복수의 영역을 포함하는 장치가 개시되어 있다.As a method for solving the first problem among these problems, the US2019/0162885A1 US published patent discloses an optical transmitter configured to transmit source light, an optical receiver configured to receive reflected light of the source light, and a band before the received source light is transmitted to the photodetector. A device comprising an infrared or near-infrared band pass filter disposed in front of a photo detector of an optical receiver to be received at a pass filter, wherein the band pass filter has a first region capable of transmitting light within a first wavelength range and a second wavelength range. A device including a plurality of regions including a second region capable of transmitting light is disclosed.

좀 더 구체적으로, 입사광이 주로 수직에 가깝게 입사되는 중심부인 제1 영역에는 대역폭(bandwidth)이 5㎚ 수준인 필터를 사용하고, 입사광이 비스듬하게 입사되는 경우가 상대적으로 많은 외곽부인 제2 영역에는 대역폭(bandwidth)이 30㎚ 수준인 필터를 사용하여, 적어도 반사광이 수직에 가깝게 입사하는 중심부에서는 외부광이 차단되도록 하여 감도를 높인다.More specifically, a filter with a bandwidth of about 5 nm is used in the first area, which is the center where incident light is mainly incident close to vertical, and a filter with a bandwidth of about 5 nm is used in the second area, which is the outer area where incident light is relatively often incident obliquely. By using a filter with a bandwidth of around 30 nm, external light is blocked, at least in the center where reflected light is incident close to vertical, thereby increasing sensitivity.

그러나 이러한 방법은 광원 자체의 제조 편차, 광원 주변의 온도, 광원의 출력 등에 의해서 발생하는 편차에 대해서는 대응할 수 없으므로, 중심부에서조차도 밴드 패스 필터의 대역폭을 충분히 줄일 수 없다는 문제가 있다.However, this method cannot respond to deviations caused by manufacturing deviations of the light source itself, temperature around the light source, output of the light source, etc., so there is a problem in that the bandwidth of the band-pass filter cannot be sufficiently reduced even in the center.

또한, 외곽부에서의 신호 대 잡음비를 개선할 수 없다는 문제가 있다.Additionally, there is a problem that the signal-to-noise ratio cannot be improved in the outer area.

또한, 크로스토크 현상도 개선할 수 없다는 문제가 있다.Additionally, there is a problem that the crosstalk phenomenon cannot be improved.

미국 공개 특허 US2019/0162885A1US published patent US2019/0162885A1 한국 공개 특허 KR10-2012-0089312 AKorean public patent KR10-2012-0089312 A 일본 공개 특허 JP2016-050803AJapanese public patent JP2016-050803A 일본 공개 특허 JP2016-011932AJapanese public patent JP2016-011932A

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 외곽부에서의 감도가 향상되고, 크로스토크 현상이 개선된 광각 분광 이미징 장치, 깊이 이미징 장치 및 이를 위한 간섭 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to improve the above-mentioned problems, and aims to provide a wide-angle spectral imaging device with improved sensitivity in the outer area and improved crosstalk phenomenon, a depth imaging device, and an interference filter therefor.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 광이 입사하는 제1 표면과, 그 반대 측인 제2 표면을 구비하는 제1 반사층과, 상기 제2 표면과 거리를 두고 마주보는 제3 표면과, 그 반대 측이며 광이 출사하는 제4 표면을 구비하는 제2 반사층을 구비하며, 상기 제1 반사층의 제1 표면과 상기 제2 반사층의 제4 표면 사이의, 광축과 나란한 가상의 경로 상의 모든 매질들 각각의 상기 경로 상의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 상기 광축에서 멀어질수록 커지도록 구성된 간섭 필터를 제공한다.In order to achieve the above-described object, the present invention includes a first reflective layer having a first surface on which light is incident and a second surface on the opposite side, a third surface facing the second surface at a distance, and a second reflective layer having a fourth surface on the opposite side from which light exits, and all media in an imaginary path parallel to the optical axis between the first surface of the first reflective layer and the fourth surface of the second reflective layer. An interference filter is provided so that the sum of the product of the thickness and refractive index on each path increases as the distance from the optical axis increases.

또한, 상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층의 상기 제2 표면과 상기 제2 반사층의 상기 제3 표면 사이의 간격이, 상기 광축에서 멀어질수록 넓어지도록, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 중 적어도 하나가 굽어 있는 간섭 필터를 제공한다.In addition, at least one of the first reflective layer and the second reflective layer is such that the gap between the second surface of the first reflective layer of the interference filter and the third surface of the second reflective layer becomes wider as the distance from the optical axis increases. Provides an interference filter, one of which is curved.

또한, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 중 굽어 있는 반사층의 곡률은 상기 광축에서 멀어질수록 작아지는 간섭 필터를 제공한다.In addition, the curvature of the curved reflective layer of the first reflective layer and the second reflective layer becomes smaller as the distance from the optical axis increases.

또한, 상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에는 상기 광축에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지며, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이의 다른 매질에 비해서 굴절률이 큰 광학 물질이 채워지는 간섭 필터를 제공한다.In addition, the thickness between the first reflective layer and the second reflective layer of the interference filter increases as the distance from the optical axis increases, and an optical material with a higher refractive index than other media is filled between the first reflective layer and the second reflective layer. provides an interference filter.

또한, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 중 적어도 하나는 복수의 유전체 층들을 포함하며, 상기 복수의 유전체 층들 중 적어도 하나는 상기 광축에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 간섭 필터를 제공한다.In addition, at least one of the first reflective layer and the second reflective layer includes a plurality of dielectric layers, and at least one of the plurality of dielectric layers provides an interference filter whose thickness becomes thicker as the distance from the optical axis increases.

또한, 상기 제1 반사층의 제1 표면과 상기 제2 반사층의 제4 표면 사이의, 광축과 나란한 경로 상의 모든 매질들 각각의 경로 상의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 아래의 [수학식 2]에 따라서 상기 광축에서 멀어질수록 COSθ(x) 값에 반비례하여 커지는 간섭 필터를 제공한다.In addition, the sum of the values obtained by multiplying the thickness and refractive index of all media on a path parallel to the optical axis between the first surface of the first reflective layer and the fourth surface of the second reflective layer is [Equation 2] below. Accordingly, an interference filter is provided that grows in inverse proportion to the COSθ(x) value as the distance from the optical axis increases.

[수학식 2][Equation 2]

(tk(x)와 nk(x)는 광축으로부터의 거리가 x인 광축과 나란한 경로 상의 매질들 각각의 경로 상의 두께(각각의 매질을 지나는 상기 경로의 길이)와 굴절률을 나타내며, θ(x)는 광축으로부터의 거리(x)에 따른 입사각(Angle of Incidence)이며, m은 정수, λ는 간섭 필터의 투과 파장을 의미한다.)(t k (x) and n k (x) represent the thickness (length of the path passing through each medium) and refractive index on each path of the media parallel to the optical axis at a distance x from the optical axis, θ ( x) is the angle of incidence according to the distance (x) from the optical axis, m is an integer, and λ means the transmission wavelength of the interference filter.)

또한, 본 발명은, 피사체로부터의 광을 수신하도록 구성된 광 수신기와, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이의 광축 방향과 나란한 광학 거리를 조절하도록 구성된 광학 거리 조절 메커니즘을 포함하며, 상기 광 수신기의 전단에 배치되는 간섭 필터를 포함하는 광각 분광 이미징 장치로서, 상기 간섭 필터는 상술한 간섭 필터인 광각 분광 이미징 장치를 제공한다.Additionally, the present invention includes an optical receiver configured to receive light from a subject, and an optical distance adjustment mechanism configured to adjust an optical distance parallel to the optical axis direction between the first reflective layer and the second reflective layer, wherein the optical receiver A wide-angle spectral imaging device including an interference filter disposed at the front end, wherein the interference filter is the interference filter described above.

또한, 상기 광학 거리 조절 메커니즘은, 상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에 채워지며, 외부 자극에 따라서 두께 또는 굴절률이 변경되는 지능형 광학 물질인 광각 분광 이미징 장치를 제공한다.In addition, the optical distance adjustment mechanism provides a wide-angle spectral imaging device that is an intelligent optical material that is filled between the first and second reflective layers of the interference filter and whose thickness or refractive index changes depending on external stimuli.

또한, 상기 광학 거리 조절 메커니즘은 상기 제1 반사층을 상기 제2 반사층에 대해서 광축 방향을 따라서 상대 이동시키도록 구성된 간격 조절 메커니즘인 광각 분광 이미징 장치를 제공한다.In addition, the optical distance adjustment mechanism provides a wide-angle spectral imaging device in which the optical distance adjustment mechanism is a gap adjustment mechanism configured to move the first reflective layer relative to the second reflective layer along the optical axis direction.

또한, 본 발명은, 소스 광을 전송하도록 구성된 광 송신기와, 상기 소스 광의 반사광을 수신하도록 구성된 광 수신기와, 상기 광 수신기의 전단에 배치되는 간섭 필터를 포함하는 깊이 이미징 장치로서, 상기 간섭 필터는 상술한 간섭 필터인 깊이 이미징 장치를 제공한다.In addition, the present invention is a depth imaging device including an optical transmitter configured to transmit source light, an optical receiver configured to receive reflected light of the source light, and an interference filter disposed in front of the optical receiver, wherein the interference filter A depth imaging device that is the above-described interference filter is provided.

또한, 상기 소스 광의 중심 파장의 변화를 측정하는 중심파장 모니터링 장치와, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이의 광축 방향과 나란한 광학 거리를 조절하도록 구성된 광학 거리 조절 메커니즘과, 상기 중심파장 모니터링 장치로부터 측정된 상기 소스 광의 중심 파장의 변화에 대응하여 상기 광학 거리 조절 메커니즘을 제어하는 제어기를 더 포함하는 깊이 이미징 장치를 제공한다.In addition, a central wavelength monitoring device that measures a change in the central wavelength of the source light, an optical distance adjustment mechanism configured to adjust an optical distance parallel to the optical axis direction between the first reflective layer and the second reflective layer, and the central wavelength monitoring device It provides a depth imaging device further comprising a controller that controls the optical distance adjustment mechanism in response to a change in the center wavelength of the source light measured from.

또한, 상기 광학 거리 조절 메커니즘은, 상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에 채워지며, 외부 자극에 따라서 두께 또는 굴절률이 변경되는 지능형 광학 물질인 깊이 이미징 장치를 제공한다.In addition, the optical distance adjustment mechanism provides a depth imaging device that is an intelligent optical material that is filled between the first and second reflective layers of the interference filter and whose thickness or refractive index changes depending on external stimuli.

또한, 상기 광학 거리 조절 메커니즘은 상기 제1 반사층을 상기 제2 반사층에 대해서 광축 방향을 따라서 상대 이동시키도록 구성된 간격 조절 메커니즘인 깊이 이미징 장치를 제공한다.In addition, the optical distance adjustment mechanism provides a depth imaging device in which the optical distance adjustment mechanism is a gap adjustment mechanism configured to move the first reflective layer relative to the second reflective layer along the optical axis direction.

또한, 상기 중심파장 모니터링 장치는, 상기 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 향상되도록 구성된 제1 광센서와, 상기 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 떨어지도록 구성된 제2 광센서를 포함하며, 상기 제1 광센서와 제2 광센서의 감도의 차이에 기초하여 소스 광의 중심 파장의 변화를 측정하는 깊이 이미징 장치를 제공한다.In addition, the central wavelength monitoring device includes a first optical sensor configured to improve sensitivity as the wavelength of the source light increases, and a second optical sensor configured to decrease sensitivity as the wavelength of the source light increases, A depth imaging device is provided that measures a change in the center wavelength of source light based on the difference in sensitivity between a first optical sensor and a second optical sensor.

본 발명에 따른 간섭 필터는 중심부뿐 아니라 입사각이 큰 외곽부에서도 목표하는 파장 대역의 광을 투과시키고, 다른 대역의 광을 차단할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 간섭 필터를 사용하는 깊이 이미징 장치와 광각 분광 이미징 장치는 외곽부에서의 감도가 향상되고 이미지가 왜곡되지 않는다. The interference filter according to the present invention can transmit light in the target wavelength band and block light in other bands not only in the center but also in the outer portion where the angle of incidence is large. Therefore, the depth imaging device and the wide-angle spectral imaging device using the interference filter according to the present invention have improved sensitivity in the outer area and do not distort the image.

또한, 본 발명의 일부 실시예에 따른 간섭 필터는 간섭 필터의 외곽부에서의 반사층 사이의 거리가 멀어지므로, 입사각이 큰 광에 의한 크로스토크 형상을 줄일 수 있다.In addition, in the interference filter according to some embodiments of the present invention, the distance between the reflective layers on the outer part of the interference filter is long, and thus the crosstalk shape caused by light with a large incident angle can be reduced.

도 1은 광학 가변 필터의 일례인 패브리-페로 간섭 필터(Fabry-Perot Interferometer, FPI)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 패브리-페로 간섭 필터에 입사각이 큰 입사광이 유입되었을 때 반사면들 사이에서의 빛의 진행을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 헤이즈(흐림도) 성분에 따른 인접 각도(픽셀)로의 누광을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광각 분광 이미징 장치의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 간섭 필터 및 광 수신기의 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 간섭 필터의 일부를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 반사층들 사이의 간격이 일정한 종래의 간섭 필터를 통과한 빛의 스펙트럼을 나타낸 것이며, (b)는 도 5와 6에 도시된 간섭 필터를 통과한 빛의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 8은 도 5에 도시된 간섭 필터의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 간섭 필터의 또 다른 예 및 광 수신기의 일부를 도시한 도면이다.
도 10 내지 12는 간섭 필터의 또 다른 예들의 개략도들이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 깊이 이미징 장치의 개략도이다.
도 14는 듀얼 센서를 이용한 중심파장 측정기의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining a Fabry-Perot Interferometer (FPI), which is an example of an optical tunable filter.
Figure 2 is a diagram for explaining the progression of light between reflective surfaces when incident light with a large incident angle enters a conventional Fabry-Perot interference filter.
Figure 3 is a graph showing light leakage to adjacent angles (pixels) according to haze (cloudiness) component.
Figure 4 is a schematic diagram of a wide-angle spectral imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram of the interference filter and optical receiver shown in Figure 4;
FIG. 6 is a diagram showing a portion of the interference filter shown in FIG. 5.
Figure 7 (a) shows the spectrum of light passing through a conventional interference filter with constant spacing between reflection layers, and (b) shows the spectrum of light passing through the interference filter shown in Figures 5 and 6. .
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the interference filter shown in FIG. 5.
Figure 9 is a diagram showing another example of an interference filter and a part of an optical receiver.
10-12 are schematic diagrams of further examples of interference filters.
Figure 13 is a schematic diagram of a depth imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is a diagram to explain the principle of a center wavelength measuring instrument using a dual sensor.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to those skilled in the art to fully convey the scope of the invention. This is provided to inform you. Like symbols in the drawings refer to like elements.

[광각 분광 이미징 장치][Wide-angle spectral imaging device]

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광각 분광 이미징 장치의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광각 분광 이미징 장치(100)는 수광 렌즈나 투광 렌즈와 같은 광학계(10)와, 광 수신기(20)와, 간섭 필터(40)와, 제어기(50)를 포함한다.Figure 4 is a schematic diagram of a wide-angle spectral imaging device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the wide-angle spectral imaging device 100 according to an embodiment of the present invention includes an optical system 10 such as a light receiving lens or a light projection lens, an optical receiver 20, an interference filter 40, and , including a controller 50.

본 발명의 일실시예에 따른 광각 분광 이미징 장치(100)는 간섭 필터(40)의 통과 대역을 조절함으로써, 목표하는 특정 파장 대역의 광에 의한 이미지를 얻을 수 있다. 예를 들어, 피사체(8)로부터 반사된 광(6) 중에서 적색 광만의 이미지나 녹색 광만의 이미지 등을 얻을 수 있다.The wide-angle spectral imaging device 100 according to an embodiment of the present invention can obtain an image using light in a specific target wavelength band by adjusting the pass band of the interference filter 40. For example, it is possible to obtain an image of only red light or an image of only green light among the light 6 reflected from the subject 8.

광 수신기(20)는 태양이나 실내등과 같은 광원으로부터 조사된 후 피사체(8)로부터 반사된 후 간섭 필터(40)를 통과한 광(6)을 수신하는 역할을 한다. 광 수신기(20)는 복수의 영역으로 나뉘어 있으며, 각각의 영역은 피사체(8)로부터의 광(6) 중에서 간섭 필터(40)를 투과한 광을 수신하여, 전기신호를 발생시킨다.The optical receiver 20 serves to receive the light 6 that is irradiated from a light source such as the sun or an indoor light, is reflected from the subject 8, and then passes through the interference filter 40. The optical receiver 20 is divided into a plurality of areas, and each area receives light 6 from the subject 8 that has passed through the interference filter 40 and generates an electrical signal.

간섭 필터(40)는 광 수신기(20)로 향하는 광 중에서 특정 파장 대역의 광만을 통과시키는 역할을 한다. 간섭 필터(40)는 광학계(10)와, 광 수신기(20)의 수광 센서 어레이 사이에 배치된다.The interference filter 40 serves to pass only light in a specific wavelength band among the light heading to the optical receiver 20. The interference filter 40 is disposed between the optical system 10 and the light receiving sensor array of the optical receiver 20.

도 5는 도 4에 도시된 간섭 필터의 일 예 및 광 수신기의 개략도이며, 도 6은 도 5에 도시된 간섭 필터의 일부를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a schematic diagram of an example of an interference filter and an optical receiver shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing a part of the interference filter shown in FIG. 5.

본 발명의 간섭 필터(40)는 입사광이 간섭 필터(40)의 모든 위치에 이상적인 입사각, 즉 수직으로 입사하지는 않기 때문에 생기는 위치별 편차를 줄이기 위한 구조를 갖는다.The interference filter 40 of the present invention has a structure to reduce position-specific deviations that occur because incident light does not enter all positions of the interference filter 40 at an ideal angle of incidence, that is, perpendicularly.

도 5에 도시된 바와 같이, 간섭 필터(40)로 입사되는 광(L)은 광축(OA)으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 입사각(θ(x))이 커진다. 렌즈(10)로 모바일용 이미징 렌즈를 사용할 경우에 간섭 필터(40)로 입사되는 광은 0~30° 정도의 입사각(θ(x))을 가진다. 즉, 간섭 필터(40)의 중심부(광축(OA) 근처)로 입사되는 광의 입사각(θ(x))은 0°에 가까우며, 광축(OA)에서 먼 최외곽부로 입사되는 광의 입사각(θ(x))은 30°에 가까울 수 있다.As shown in FIG. 5, the angle of incidence (θ(x)) of the light L incident on the interference filter 40 increases as the distance x from the optical axis OA increases. When a mobile imaging lens is used as the lens 10, the light incident on the interference filter 40 has an incident angle (θ(x)) of about 0 to 30°. That is, the incident angle (θ(x)) of the light incident on the center of the interference filter 40 (near the optical axis OA) is close to 0°, and the incident angle (θ(x)) of the light incident on the outermost part farthest from the optical axis OA )) can be close to 30°.

본 발명은 입사각(θ(x))에 따른 편차를 줄이기 위해서, 간섭 필터(40)를 지나는 입사광의 광학적 경로가 입사광의 입사각(θ(x))과 상관없이 일정하도록 구성된다. 이를 위해, 간섭 필터(40)를 구성하는 매질들의 두께와 굴절률이 조절된다. In the present invention, in order to reduce the deviation according to the incident angle (θ(x)), the optical path of the incident light passing through the interference filter 40 is configured to be constant regardless of the incident angle (θ(x)) of the incident light. To this end, the thickness and refractive index of the media constituting the interference filter 40 are adjusted.

도 5에 도시된 바와 같이, 간섭 필터(40)는 제1 광학 부재(41)와 제2 광학 부재(42)를 구비한다. 제1 광학 부재(41)는 유리 기판(43)과 유리 기판(43)에 형성된 제1 반사층(44)을 포함한다. 제2 광학 부재(42)는 유리 기판(45)과 유리 기판(43)에 형성된 제2 반사층(46)을 포함한다. 제1 광학 부재(41)와 제2 광학 부재(42)는 원판형 또는 타원판형일 수 있다. As shown in FIG. 5, the interference filter 40 includes a first optical member 41 and a second optical member 42. The first optical member 41 includes a glass substrate 43 and a first reflective layer 44 formed on the glass substrate 43. The second optical member 42 includes a glass substrate 45 and a second reflective layer 46 formed on the glass substrate 43. The first optical member 41 and the second optical member 42 may be disk-shaped or elliptical-plate shaped.

간섭 필터(40)의 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46)은 거리(tG(x))를 두고 마주본다. 간섭 필터(40)로 입사한 광은 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46)에 의해서 반사되며, 특정 파장의 광은 패브리-페로 간섭 원리에 따라 간섭 필터(40)를 투과하고, 나머지 광은 차단된다. 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 갭(G)은 일반적으로 공기로 채워지지만, 광이 통과할 수 있는 다른 매질로 이루어질 수도 있다.The first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 of the interference filter 40 face each other at a distance t G (x). Light incident on the interference filter 40 is reflected by the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46, and light of a specific wavelength passes through the interference filter 40 according to the Fabry-Perot interference principle, and the rest Light is blocked. The gap G between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 is generally filled with air, but may be made of another medium through which light can pass.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 반사층(44)은 광이 입사하는 제1 표면(441)과, 그 반대 측인 제2 표면(442)을 구비한다. 그리고 제2 반사층(46)은 제2 표면(442)과 거리를 두고 마주보는 제3 표면(461)과, 그 반대 측이며 광이 출사하는 제4 표면(462)을 구비한다. 제1 반사층(44)은 복수의 서브 층들(44-1 내지 44-h)을 포함하며, 제2 반사층(46)도 복수의 서브 층들(46-1 내지 46-j)을 포함할 수 있다. 서브 층들은 유전체 층들일 수 있다.As shown in FIG. 6, the first reflective layer 44 has a first surface 441 on which light is incident, and a second surface 442 on the opposite side. And the second reflective layer 46 has a third surface 461 facing the second surface 442 at a distance, and a fourth surface 462 on the opposite side from which light is emitted. The first reflective layer 44 may include a plurality of sub-layers 44-1 to 44-h, and the second reflective layer 46 may also include a plurality of sub-layers 46-1 to 46-j. Sub-layers may be dielectric layers.

본 발명에서, 간섭 필터(40)는 제1 반사층(44)의 제1 표면(441)과 제2 반사층(46)의 제4 표면(462) 사이의, 광축(OA)과 나란한 가상의 경로(P(x)) 상의 모든 매질들 각각의 가상의 경로(P(x)) 상의 두께(tk(x))와 굴절률(nk(x))을 곱한 값들의 합이 광축(OA)으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 커지도록 구성된다. 광축(OA)은 간섭 필터(40) 전단에 배치되는 광학계(10)의 광축을 의미한다.In the present invention, the interference filter 40 is a virtual path parallel to the optical axis OA between the first surface 441 of the first reflective layer 44 and the fourth surface 462 of the second reflective layer 46. The sum of the values multiplied by the thickness (t k (x)) and the refractive index (n k (x)) on each virtual path (P (x)) of all media on P (x)) is the distance from the optical axis (OA). It is configured to increase as the distance (x) increases. The optical axis (OA) refers to the optical axis of the optical system 10 disposed in front of the interference filter 40.

여기서 매질들은 제1 반사층(44)을 구성하는 매질과, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 갭(G)을 채우는 매질과 제2 반사층(46)을 구성하는 매질을 모두 포함한다. 제1 반사층(44)이 복수의 서브 층들을 포함하는 경우에는 각각의 서브 층들을 구성하는 매질들을 포함한다. 제2 반사층(46)이 복수의 서브 층들을 포함하는 경우에는 각각의 서브 층들을 구성하는 매질들을 포함한다. 또한, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 갭(G)을 복수의 매질들로 채우는 경우에는 이들 매질들을 모두 포함한다.Here, the media includes all of the medium constituting the first reflective layer 44, the medium filling the gap G between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46, and the medium constituting the second reflective layer 46. Includes. When the first reflective layer 44 includes a plurality of sub-layers, it includes media constituting each sub-layer. When the second reflective layer 46 includes a plurality of sub-layers, it includes media constituting each sub-layer. Additionally, when the gap G between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 is filled with a plurality of media, all of these media are included.

좀 더 상세하게, 간섭 필터(40)는 제1 반사층(44)의 제1 표면(441)과 제2 반사층(46)의 제4 표면(462) 사이의, 광축(OA)과 나란한 경로(P(x)) 상의 모든 매질들 각각의 경로 상의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 아래의 수학식 2에 따라서 광축(OA)에서 멀어질수록 COSθ(x) 값에 반비례하여 커지도록 구성된다.In more detail, the interference filter 40 is a path (P) parallel to the optical axis OA between the first surface 441 of the first reflective layer 44 and the fourth surface 462 of the second reflective layer 46. The sum of the values obtained by multiplying the thickness and refractive index of each path of all media on (x)) is configured to increase in inverse proportion to the COSθ(x) value as the distance from the optical axis OA increases according to Equation 2 below.

(tk(x)와 nk(x)는 광축(OA)으로부터의 거리가 x인, 광축(OA)과 나란한 경로(P(x)) 상의 매질들 각각의 경로(P(x)) 상의 두께(각각의 매질을 지나는 경로(P(x))의 길이)와 굴절률을 나타내며, θ(x)는 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따른 입사광의 입사각(Angle of Incidence)이며, m은 정수, λ는 간섭 필터의 투과 파장을 의미한다. θ(x)는 광축으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 커진다.)(t k (x) and n k (x) are on the respective paths (P(x)) of the medium on the path (P(x)) parallel to the optical axis (OA) with a distance x from the optical axis (OA). It represents the thickness (length of the path (P(x)) passing through each medium) and refractive index, and θ(x) is the angle of incidence of incident light depending on the distance (x) from the optical axis (OA), m is an integer, λ means the transmission wavelength of the interference filter, and θ(x) increases as the distance (x) from the optical axis increases.)

물론, 수학식 2의 좌변은 아래의 수학식 3과 같이 제1 반사층(44)에 관한 항(우변의 첫 번째 항)과, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 갭(G)에 관한 항(우변의 두 번째 항), 제2 반사층(46)에 관한 항(우변의 세 번째 항)으로 나누어 표시할 수도 있다.Of course, the left side of Equation 2 is a term related to the first reflective layer 44 (the first term on the right side) as shown in Equation 3 below, and the gap between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 ( It can also be divided into a term regarding G) (the second term on the right side) and a term regarding the second reflective layer 46 (the third term on the right side).

(tRAa(x)와 nRAa(x)는 제1 반사층(44)을 구성하는 서브 층들 각각의 경로(P(x)) 상의 두께와 굴절률을 나타낸다. tGb(x)와 nGb(x)는 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 갭을 채우는 매질들 각각의 경로(P(x)) 상의 두께와 굴절률을 나타낸다. 그리고 tRBc(x)와 nRBc(x)는 제2 반사층(46)을 구성하는 서브 층들 각각의 경로(P(x)) 상의 두께와 굴절률을 나타낸다.)(t RAa (x) and n RAa (x) represent the thickness and refractive index on the path (P(x)) of each sub-layer constituting the first reflection layer 44. t Gb (x) and n Gb (x ) represents the thickness and refractive index on the path (P(x)) of each of the media filling the gap between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. And t RBc (x) and n RBc (x) represents the thickness and refractive index of the path (P(x)) of each sub-layer constituting the second reflective layer 46.

수학식 2에서 알 수 있듯이, 좌변의 값이 광축(OA)으로부터의 거리(x)와 관계없이 일정하다면, 입사각(θ(x))이 커짐에 따라서 간섭 필터(40)의 투과 파장(λ)이 단파장으로 이동한다. As can be seen from Equation 2, if the value of the left side is constant regardless of the distance (x) from the optical axis (OA), as the incident angle (θ(x)) increases, the transmission wavelength (λ) of the interference filter 40 It moves to short wavelengths.

도 5에 도시된 바와 같이, 입사각(θ(x))은 광축(OA)으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 커지므로, 좌변의 값이 일정하게 유지된다면, 광축(OA)에서 멀어질수록 단파장의 빛이 간섭 필터(40)를 투과한다. 따라서 광각 분광 이미징 장치(100)로부터 얻은 이미지의 외곽부와 중심부가 서로 다른 색으로 표시된다. 이미지의 중심부는 선택한 색으로 표시되지만, 이미지의 외곽부는 다른 색으로 표시된다. As shown in FIG. 5, the angle of incidence (θ(x)) increases as the distance (x) from the optical axis (OA) increases, so if the value on the left side remains constant, the angle of incidence (θ(x)) increases as the distance (x) from the optical axis (OA) increases. Short-wavelength light passes through the interference filter 40. Accordingly, the outer and central parts of the image obtained from the wide-angle spectral imaging device 100 are displayed in different colors. The center of the image will be displayed in the selected color, but the outer edges of the image will be displayed in a different color.

이러한 현상을 방지하기 위해서, 본 발명의 간섭 필터(40)는 광축(OA)으로부터의 거리(x)와 관계없이, 투과 파장(λ)를 일정하게 유지하기 위해서 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따른 입사각(θ(x))의 변화를 보상하도록 구성된다. 즉, 간섭 필터(40)는 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따른 입사각(θ(x))의 변화에 따른 투과 파장(λ)의 단파장으로서 이동을 상쇄할 수 있도록, 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따른 매질들 각각의 두께(tk(x))와 굴절률(nk(x))의 곱의 합이 커지도록 구성된다.In order to prevent this phenomenon, the interference filter 40 of the present invention maintains the transmission wavelength (λ) constant regardless of the distance (x) from the optical axis (OA). It is configured to compensate for the change in incident angle (θ(x)) according to ). That is, the interference filter 40 is a short wavelength of the transmission wavelength (λ) according to the change in the angle of incidence (θ(x)) according to the distance (x) from the optical axis (OA), so as to cancel the movement. It is configured so that the sum of the product of the thickness (t k (x)) of each medium and the refractive index (n k (x)) according to the distance (x) from the medium increases.

예를 들어, 도 5와 6에 예시된 간섭 필터(40)에서는 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46)의 두께와 굴절률 및 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 갭(G)을 채우는 매질의 굴절률은 광축(OA)으로부터의 거리(x)와 관계없이 일정하게 유지하면서, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 간격(tG(x))만을 조절하는 방식으로, 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따른 입사각(θ(x))의 변화를 보상한다.For example, in the interference filter 40 illustrated in FIGS. 5 and 6, the thickness and refractive index of the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 and the distance between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 The refractive index of the medium filling the gap (G) is maintained constant regardless of the distance (x) from the optical axis (OA), and the gap (t G (x)) between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 By adjusting only ), the change in incident angle (θ(x)) according to the distance (x) from the optical axis (OA) is compensated.

도 5와 6에 예시된 간섭 필터(40)는 광축(OA)에서 멀어질수록 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 간격(tG(x))이 넓어지도록, 제1 반사층(44)이 굽어 있다. 이때, 제1 반사층(44)의 곡률은 광축(OA)에서 멀어질수록 작아진다.The interference filter 40 illustrated in FIGS. 5 and 6 is configured such that the gap (t G (x)) between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 becomes wider as the distance from the optical axis OA increases. The reflective layer 44 is curved. At this time, the curvature of the first reflective layer 44 decreases as the distance from the optical axis OA increases.

도 5와 6의 간섭 필터(40)의 tRAa(x)와 nRAa(x)는 광축(OA)으로부터의 거리(x)와 관계없이 일정하며, tRBc(x)와 nRBc(x)도 일정하므로, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 간격(tG(x))만을 조절하는 방식으로, 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따른 입사각(θ(x))의 변화를 보상한다.t RAa (x) and n RAa (x) of the interference filter 40 in FIGS. 5 and 6 are constant regardless of the distance (x) from the optical axis OA, and t RBc (x) and n RBc (x) Since the degree is constant, only the gap (t G (x)) between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 is adjusted, and the incident angle (θ(x) according to the distance (x) from the optical axis (OA) )) compensates for the change.

도 7의 (a)는 반사층들 사이의 간격이 일정한 종래의 간섭 필터를 통과한 빛의 스펙트럼을 나타낸 것이며, (b)는 도 5와 6에 도시된 간섭 필터를 통과한 빛의 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 7 (a) shows the spectrum of light passing through a conventional interference filter with constant spacing between reflection layers, and (b) shows the spectrum of light passing through the interference filter shown in Figures 5 and 6. .

도 7의 (a)에서 알 수 있듯이, 반사층들 사이의 간격이 고정되면, 입사각에 따라서 통과 대역의 중심 파장이 변화하기 때문에 목표하는 중심 파장(도 7에서는 850㎚)의 빛뿐 아니라 다양한 중심 파장의 빛들이 간섭 필터를 투과한다. 즉, 입사각이 0도인 간섭 필터(40)의 중심부로는 850㎚의 빛이 투과하지만, 입사각이 큰 간섭 필터(40)의 외곽부는 850㎚보다 파장이 짧은 빛이 투과한다.As can be seen in (a) of FIG. 7, when the spacing between reflective layers is fixed, the center wavelength of the pass band changes depending on the angle of incidence, so not only light of the target center wavelength (850 nm in FIG. 7) but also light of various center wavelengths Light passes through an interference filter. That is, light of 850 nm passes through the center of the interference filter 40 where the incident angle is 0 degrees, but light with a wavelength shorter than 850 nm passes through the outer part of the interference filter 40 where the incident angle is large.

도 7의 (b)에서 알 수 있듯이, 수학식 2에 따라서 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 간격(tG(x))이 광축(OA)에서 멀어질수록 넓어지도록 조절될 경우에는 입사각(θ(x))에 관계없이(광축(OA)으로부터의 거리(x)와 관계없이) 목표하는 중심 파장(850㎚)의 빛만 통과한다.As can be seen in (b) of FIG. 7, according to Equation 2, the gap (t G (x)) between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 becomes wider as the distance from the optical axis OA increases. When adjusted, only light of the target central wavelength (850 nm) passes through, regardless of the angle of incidence (θ(x)) (regardless of the distance (x) from the optical axis (OA)).

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 간섭 필터(40)는 크로스토크 현상을 줄여주는 역할을 한다.Additionally, as shown in FIG. 8, the interference filter 40 of this embodiment serves to reduce the crosstalk phenomenon.

수학식 2에서 알 수 있듯이, 간섭 필터(40)를 투과하는 빛의 파장은 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 간격(tG1(x))에 따라서 결정된다. 그런데 도 8에 도시된 바와 같이, 외곽부로 진행할수록 간격(tG1(x))이 넓어지므로, 특정 각도로 입사한 광이 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이에서 반사 거동을 거듭하면서 제2 반사층(46)과 직교하는 방향으로 이동하면, 반사광의 제1 반사층(44)과 제2 반사층 (46) 사이의 광 이동 경로가 점점 길어진다. 결국, 제1 반사층(44)과 제2 반사층 (46) 사이의 거리는 더는 반사광에 대해서 수학식 2를 만족하지 못하게 되며, 반사광은 더는 간섭 필터(40)를 투과하여 광 수신기(20)의 수광 센서 어레이의 인접하는 영역의 픽셀들로 입사되지 않는다.As can be seen from Equation 2, the wavelength of light passing through the interference filter 40 is determined according to the gap (t G1 (x)) between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. However, as shown in FIG. 8, the gap (t G1 (x)) becomes wider as it progresses to the outer part, so light incident at a specific angle exhibits reflection behavior between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. As the light moves in a direction perpendicular to the second reflective layer 46, the light travel path between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 of the reflected light gradually becomes longer. Ultimately, the distance between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 no longer satisfies Equation 2 for the reflected light, and the reflected light no longer passes through the interference filter 40 and enters the optical receiver 20. It does not enter pixels in adjacent areas of the light receiving sensor array.

결국, 입사광이 대응하는 타깃 영역의 해당 픽셀뿐 아니라 인접하는 영역들의 픽셀들에까지 입사되어 영향을 주는 크로스토크 현상이 개선된다. 즉, 도 2의 종래의 간섭필터에 비해서 반사광의 이동 거리가 짧아진다. 따라서 광각 분광 이미징 장치(100)의 외곽부에서의 헤이즈가 감소하고, 해상도가 향상된다. Ultimately, the crosstalk phenomenon in which incident light affects not only the pixel in the corresponding target area but also the pixels in adjacent areas is improved. That is, compared to the conventional interference filter of FIG. 2, the travel distance of reflected light becomes shorter. Accordingly, haze at the outer portion of the wide-angle spectral imaging device 100 is reduced and resolution is improved.

또한, 광각 분광 이미징 장치(100)는 제1 반사층(44)과 상기 제2 반사층(46) 사이의 광축(OA)과 나란한 경로의 광학 거리(optical distance)를 조절하도록 구성된 광학 거리 조절 메커니즘을 포함한다.Additionally, the wide-angle spectral imaging device 100 includes an optical distance adjustment mechanism configured to adjust the optical distance of a path parallel to the optical axis (OA) between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. do.

광학 거리 조절 메커니즘은 간섭 필터(40)의 투과 파장을 조절하는 역할을 한다. 광학 거리는 매질의 굴절률을 고려한 거리이다. 즉, 매질의 굴절률과 거리를 곱한 값이다. 광학 거리 조절 메커니즘은 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 거리 또는 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이를 채우는 매질의 굴절률을 변화시켜 광학 거리를 조절할 수 있다. 광학 거리 조절 메커니즘은 간섭 필터(40)의 투과 파장을 조절하기 위한 것이므로, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 거리를 광축(OA)과의 거리(x)와 관계없이 한꺼번에 조절한다.The optical distance adjustment mechanism serves to adjust the transmission wavelength of the interference filter 40. The optical distance is a distance that takes into account the refractive index of the medium. In other words, it is the product of the refractive index of the medium and the distance. The optical distance adjustment mechanism can adjust the optical distance by changing the distance between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 or the refractive index of the medium filling between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. . Since the optical distance adjustment mechanism is to adjust the transmission wavelength of the interference filter 40, the distance between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 is adjusted at the same time regardless of the distance (x) to the optical axis (OA). Adjust.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 광학 거리 조절 메커니즘은 제1 반사층(44)을 제2 반사층(46)에 대해서 광축(OA) 방향을 따라서 상대 이동시켜 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 기하학적 거리를 조절하도록 구성된 간격 조절 메커니즘(49)일 수 있다.As shown in FIG. 5, in this embodiment, the optical distance adjustment mechanism moves the first reflective layer 44 relative to the second reflective layer 46 along the optical axis (OA) direction to create a relationship between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. There may be a spacing adjustment mechanism 49 configured to adjust the geometric distance between the two reflective layers 46.

간격 조절 메커니즘(49)은, 예를 들어, 액추에이터와 스프링 부재일 수 있다. 액추에이터는 제1 광학 부재(41)와 제2 광학 부재(42)가 서로 가까워지는 방향 또는 서로 멀어지는 방향으로 제1 광학 부재(41)와 제2 광학 부재(42) 중에서 적어도 하나를 밀거나 당기도록 설치될 수 있다. 스프링 부재는 제1 광학 부재(41)와 제2 광학 부재(42)에 액추에이터와 반대되는 방향으로 탄성력을 가하도록 설치되어 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 간격을 유지한다.The spacing adjustment mechanism 49 may be, for example, an actuator and spring member. The actuator pushes or pulls at least one of the first optical member 41 and the second optical member 42 in a direction in which the first optical member 41 and the second optical member 42 approach each other or in a direction that moves away from each other. Can be installed. The spring member is installed to apply an elastic force to the first optical member 41 and the second optical member 42 in a direction opposite to the actuator to maintain the gap between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46. .

또한, 간격 조절 메커니즘(49)은, 전자기력을 이용하는 장치일 수도 있다. 예를 들어, 제1 광학 부재(41)와 제2 광학 부재(42)에 각각 전극 층을 형성하고, 서로 다른 극성을 띄도록 하여 서로 가까워지게 하고, 서로 같은 다른 극성을 띄도록 하여 서로 멀어지기게 할 수 있다. Additionally, the gap adjustment mechanism 49 may be a device that uses electromagnetic force. For example, electrode layers are formed on the first optical member 41 and the second optical member 42, and they are made to have different polarities so that they become closer to each other, and they are made to have different polarities so that they move away from each other. You can do it.

제어기(50)는 목표하는 특정 파장 대역에 대응하여 간섭 필터(40)의 한 쌍의 반사층(44, 46) 사이의 간격을 조절하는 제어신호를 생성하여 간격 조절 메커니즘(49)에 전달하는 역할을 한다.The controller 50 generates a control signal that adjusts the gap between the pair of reflection layers 44 and 46 of the interference filter 40 in response to a specific target wavelength band and transmits it to the gap adjustment mechanism 49. do.

도 9는 간섭 필터의 또 다른 예 및 광 수신기의 일부를 도시한 도면이다.Figure 9 is a diagram showing another example of an interference filter and a part of an optical receiver.

도 9에 도시된 바와 같이, 광학 거리 조절 메커니즘으로는 제1 반사층(244)과 제2 반사층(246) 사이를 채우는 지능형 광학 물질(SOM, Smart Optical Material, 247)과, 지능형 광학 물질(247)에 외부 자극을 가하는 수단(미도시)을 사용할 수도 있다. 외부 자극을 가하는 수단으로는 광학 부재에 형성된 투명 전극을 사용할 수 있다. 지능형 광학 물질(247)은 외부 자극에 따라서 두께 또는 굴절률이 변경되는 물질이다. 제어기(50)가 지능형 광학 물질(247)에 가해지는 외부 자극을 조절함으로써, 제1 반사층(244)과 제2 반사층(246) 사이의 기하학적 간격 또는 굴절률을 변경할 수 있다. 또한, 기하학적 간격과 굴절률을 동시에 변경할 수도 있다. 간격이 넓어지거나, 굴절률이 커지면 제1 반사층(244)과 제2 반사층(246) 사이의 광학 거리가 증가하고, 간접 필터(240)의 투과 파장이 길어진다.As shown in FIG. 9, the optical distance adjustment mechanism includes a smart optical material (SOM, Smart Optical Material) 247 that fills the space between the first reflective layer 244 and the second reflective layer 246, and a smart optical material 247. A means of applying an external stimulus (not shown) may be used. A transparent electrode formed on an optical member can be used as a means of applying external stimulation. The intelligent optical material 247 is a material whose thickness or refractive index changes depending on external stimuli. The controller 50 can change the geometric gap or refractive index between the first reflective layer 244 and the second reflective layer 246 by adjusting the external stimulus applied to the intelligent optical material 247. Additionally, the geometric spacing and refractive index can be changed simultaneously. As the gap widens or the refractive index increases, the optical distance between the first reflective layer 244 and the second reflective layer 246 increases, and the transmission wavelength of the indirect filter 240 becomes longer.

도 10 내지 12는 도 4에 도시된 간섭 필터의 또 다른 예들의 개략도들이다.10 to 12 are schematic diagrams of further examples of the interference filter shown in FIG. 4.

도 10에 도시된 간섭 필터(340)는 유리 기판(342)의 상면에 제2 반사층(346)을 형성하고, 제2 반사층(346) 위에 광학 물질 층(347)을 형성한 후에 광학 물질 층(347) 위에 제1 반사층(344)을 형성하는 방법으로 제조할 수 있다.The interference filter 340 shown in FIG. 10 forms a second reflective layer 346 on the upper surface of the glass substrate 342, forms an optical material layer 347 on the second reflective layer 346, and then forms an optical material layer ( 347) It can be manufactured by forming a first reflective layer 344 on top.

여기서, 광학 물질 층(347)은 외곽부로 진행할수록 두께가 두꺼워지도록 형성한다. 따라서 외곽부로 갈수록 광학 물질 층(347) 위에 형성된 제1 반사층(344)과 제2 반사층(346) 사이의 간격(tg(x))도 넓어진다. 제1 반사층(344)과 제2 반사층(346)을 구성하는 나머지 매질들의 두께와 굴절률은 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따라서 변하지 않는다.Here, the optical material layer 347 is formed to become thicker as it progresses to the outer part. Accordingly, the gap (t g(x) ) between the first reflective layer 344 and the second reflective layer 346 formed on the optical material layer 347 widens toward the outer portion. The thickness and refractive index of the remaining media constituting the first reflective layer 344 and the second reflective layer 346 do not change depending on the distance x from the optical axis OA.

따라서 제1 반사층(344)의 제1 표면(3441)과 제2 반사층(346)의 제4 표면(3462) 사이의, 광축(OA)과 나란한 가상의 경로(P(x)) 상의 모든 매질들 각각의 가상의 경로 상(P(x))의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 광축(OA)으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 커진다.Therefore, all media on the virtual path P(x) parallel to the optical axis OA between the first surface 3441 of the first reflective layer 344 and the fourth surface 3462 of the second reflective layer 346 The sum of the values obtained by multiplying the thickness and the refractive index on each virtual path (P(x)) increases as the distance (x) from the optical axis (OA) increases.

도 11에 도시된 간섭 필터(440)는, 제1 반사층(444)과 제2 반사층(446) 사이에는 간섭 필터(440)의 두께 방향 기준으로 일부에 공기보다 굴절률이 큰 광학 물질(447)이 채워진다. 제1 반사층(444)과 제2 반사층(446) 사이의 나머지 공간은 공기로 채워진다. 제1 반사층(444) 측은 광학 물질(447)로 채워지며, 제2 반사층(446) 측은 공기(또는 다른 광학 물질)로 채워진다. 도 11에 도시된 바와 반대로 제2 반사층(446) 측이 광학 물질(447)로 채워질 수도 있다. 그리고 이 광학 물질(447)은 광축(OA)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워진다.The interference filter 440 shown in FIG. 11 has an optical material 447 having a higher refractive index than air at a portion between the first reflective layer 444 and the second reflective layer 446 based on the thickness direction of the interference filter 440. filled. The remaining space between the first reflective layer 444 and the second reflective layer 446 is filled with air. The first reflective layer 444 side is filled with an optical material 447, and the second reflective layer 446 side is filled with air (or another optical material). Conversely, as shown in FIG. 11, the second reflective layer 446 may be filled with the optical material 447. And this optical material 447 becomes thicker as it moves away from the optical axis (OA).

광축(OA)에서 멀어질수록 두꺼워지는 광학 물질(447)의 굴절률(nG1) 값이 공기의 굴절률에 비해서 크므로, 광축(OA)에서 멀어질수록 광학 물질(447)의 두께와 굴절률의 곱과 공기층의 두께와 굴절률의 곱의 합(tG1(x)×nG1 + tG2(x)×1)이 커진다. 제1 반사층(444)과 제2 반사층(446)을 구성하는 나머지 매질들의 두께와 굴절률은 광축(OA)으로부터의 거리에 따라서 변하지 않는다. Since the refractive index (n G1 ) value of the optical material 447, which becomes thicker as it moves away from the optical axis OA, is greater than the refractive index of air, the product of the thickness of the optical material 447 and the refractive index increases as the distance from the optical axis OA increases. and the sum of the product of the thickness of the air layer and the refractive index (t G1 (x) × n G1 + t G2 (x)×1) becomes larger. The thickness and refractive index of the remaining media constituting the first reflective layer 444 and the second reflective layer 446 do not change depending on the distance from the optical axis OA.

결국, 제1 반사층(444)의 제1 표면(4441)과 제2 반사층(446)의 제4 표면(4462) 사이의, 광축(OA)과 나란한 가상의 경로(P(x)) 상의 모든 매질들 각각의 가상의 경로 상(P(x))의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 광축(OA)으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 커진다. Ultimately, all media on the virtual path P(x) parallel to the optical axis OA between the first surface 4441 of the first reflective layer 444 and the fourth surface 4462 of the second reflective layer 446 The sum of the values obtained by multiplying the thickness and the refractive index on each virtual path (P(x)) increases as the distance (x) from the optical axis (OA) increases.

도 12에 도시된 간섭 필터(540)는, 제2 반사층(546)을 구성하는 복수의 유전체 층(546a ~ 546d)들 중 적어도 하나(546c)가 광축(OA)에서 멀어질수록 두께(tRB3(x))가 두꺼워지도록 구성되어 있다. The interference filter 540 shown in FIG. 12 has a thickness t RB3 as at least one 546c of the plurality of dielectric layers 546a to 546d constituting the second reflection layer 546 moves away from the optical axis OA. (x)) is configured to be thick.

제2 반사층(546)을 구성하는 나머지 유전체 층들(546a, 546b, 546d)의 두께(tRB1, tRB2, tRB4)와 굴절률 및 제1 반사층(544)을 구성하는 나머지 유전체 층들(544a, 544b, 544c, 544d)의 두께와 굴절률은 광축(OA)으로부터의 거리(x)에 따라서 변하지 않으므로, 결국, 제1 반사층(544)의 제1 표면(5441)과 제2 반사층(546)의 제4 표면(5462) 사이의, 광축(OA)과 나란한 가상의 경로(P(x)) 상의 모든 매질들 각각의 가상의 경로 상(P(x))의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 광축(OA)으로부터의 거리(x)가 멀어질수록 커진다.The thickness (t RB1 , tRB2 , t RB4 ) and the refractive index and the thickness and refractive index of the remaining dielectric layers 544a, 544b, 544c, and 544d constituting the first reflection layer 544 do not change depending on the distance (x) from the optical axis OA. 1 Each of all media on the virtual path (P(x)) parallel to the optical axis (OA) between the first surface (5441) of the reflective layer (544) and the fourth surface (5462) of the second reflective layer (546) The sum of the values obtained by multiplying the thickness and the refractive index on the virtual path (P(x)) increases as the distance (x) from the optical axis (OA) increases.

[깊이 이미징 장치][Depth imaging device]

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 깊이 이미징 장치의 개략도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 깊이 이미징 장치(200)는 광 송신기(110)와, 광 수신기(120)와, 간섭 필터(40)를 포함한다.Figure 13 is a schematic diagram of a depth imaging device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13 , the depth imaging device 200 according to an embodiment of the present invention includes an optical transmitter 110, an optical receiver 120, and an interference filter 40.

광 송신기(110)는 피사체(8)를 향해서 소스 광(1)을 조사하는 역할을 한다. 광 송신기(110)는, 예를 들어, 자외선, 가시광선, 적외선 영역에 속하는 대역폭이 좁은 빛을 펄스 형태로 조사할 수 있다. 광 송신기(110)로는. 예를 들어, 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 사용할 수 있다.The light transmitter 110 serves to irradiate the source light 1 toward the subject 8. For example, the optical transmitter 110 may irradiate light with a narrow bandwidth belonging to the ultraviolet ray, visible ray, or infrared range in the form of a pulse. With the optical transmitter 110. For example, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can be used.

TOF 카메라용 광 송신기(110)에서 조사되는 소스 광으로는 중심 파장이 850, 940, 1064㎚인 빛 등을 사용할 수 있다. 차량용 LIDAR 용 광 송신기(110)에서 조사되는 소스 광으로는 중심 파장이 905, 1550㎚인 빛 등을 사용할 수 있다. 펄스 형태의 소스 광의 펄스 폭은 1 내지 5nS 정도일 수 있다.As the source light emitted from the optical transmitter 110 for a TOF camera, light with a central wavelength of 850, 940, or 1064 nm can be used. As the source light emitted from the optical transmitter 110 for vehicle LIDAR, light with a central wavelength of 905 or 1550 nm can be used. The pulse width of the pulse-shaped source light may be about 1 to 5 nS.

광 수신기(120)는 소스 광(1)의 반사광(2)을 수신하는 역할을 한다. 광 수신기(120)는 복수의 영역으로 나뉘어 있으며, 각각의 영역은 광 송신기(110)에서 피사체를 향해서 조사된 후 반사된 빛(2), 광 송신기(110)를 향하는 외부광(4) 또는 피사체에서 반사된 외부광(6)을 수신하여, 전기신호를 발생시킨다.The optical receiver 120 serves to receive reflected light 2 of the source light 1. The optical receiver 120 is divided into a plurality of areas, and each area is irradiated from the optical transmitter 110 toward the subject and then reflects light 2, external light 4 directed toward the optical transmitter 110, or the subject. The external light 6 reflected from is received and an electrical signal is generated.

간섭 필터(40)는 광 수신기(120)로 향하는 빛 중에서 외부광(4, 6)을 최대한 차단하여, 광 수신기(120)의 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키는 역할을 한다. 간섭 필터(140)는 광 수신기(120)의 수광 센서 어레이 전단에 배치된다. 간섭 필터(40)로는 앞에서 설명된 간섭 필터들도 모두 사용할 수 있다. The interference filter 40 serves to improve the signal-to-noise ratio (SNR) of the optical receiver 120 by blocking external light 4 and 6 as much as possible among the light heading to the optical receiver 120. The interference filter 140 is disposed in front of the light receiving sensor array of the optical receiver 120. All of the previously described interference filters can be used as the interference filter 40.

[광각 분광 이미징 장치] 부분에서 이미 설명한 바와 같이, 간섭 필터(40)는 입사광이 간섭 필터(40)에 이상적인 입사각, 즉 수직으로 항상 입사하지는 않기 때문에 생기는 편차 및 크로스토크를 줄이는 역할을 한다.As already explained in the [Wide Angle Spectral Imaging Device] section, the interference filter 40 serves to reduce deviation and crosstalk that occur because incident light does not always enter the interference filter 40 at an ideal angle of incidence, that is, perpendicularly.

또한, 본 실시예에 따른 깊이 이미징 장치(200)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 중심파장 모니터링 장치(130) 및 제어기(150)를 더 포함할 수 있다.In addition, the depth imaging device 200 according to this embodiment may further include a center wavelength monitoring device 130 and a controller 150, as shown in FIG. 13.

이러한 구성을 더 포함함으로써, 광 송신기(110)에서 전송되는 소스 광의 파장변화에 연동하여, 간섭 필터(40)의 통과 대역을 조절함으로써, 광 수신기(120)의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.By further including this configuration, the signal-to-noise ratio of the optical receiver 120 can be improved by adjusting the passband of the interference filter 40 in response to a change in the wavelength of the source light transmitted from the optical transmitter 110.

중심파장 모니터링 장치(130)는 소스 광(1)의 중심 파장의 변화를 측정하는 역할을 한다. 중심파장 모니터링 장치(130)로는 듀얼 센서를 이용한 중심파장 측정기를 사용할 수 있다.The central wavelength monitoring device 130 serves to measure changes in the central wavelength of the source light 1. As the center wavelength monitoring device 130, a center wavelength measuring device using a dual sensor can be used.

듀얼 센서를 이용한 중심파장 측정기는 소스 광(1)의 파장이 증가함에 따라서 감도가 향상되도록 구성된 제1 광센서와, 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 떨어지도록 구성된 제2 광센서를 포함한다. A central wavelength measuring device using a dual sensor includes a first optical sensor configured to improve sensitivity as the wavelength of the source light 1 increases, and a second optical sensor configured to decrease sensitivity as the wavelength of the source light increases.

듀얼 센서를 이용한 중심파장 측정기는 제1 광센서와 제2 광센서의 감도의 차이에 기초하여 소스 광의 중심 파장의 변화를 측정한다.A central wavelength measuring device using a dual sensor measures the change in the central wavelength of source light based on the difference in sensitivity between the first and second optical sensors.

제1 광센서는 도 14에 도시된 바와 같이, 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 증가하도록 구성된다. 제1 광센서는 제1 수광소자와 제1 광학 필터를 포함한다. 제1 광학 필터는 입사광의 파장이 증가함에 따라서 투과율이 증가하도록 구성되어 있다. 제1 광센서의 감도 그래프의 기울기(k)와 절편(l)은 제1 수광소자와 제1 광학 필터를 적절히 선택하여 변경할 수 있다.As shown in FIG. 14, the first optical sensor is configured to increase sensitivity as the wavelength of the source light increases. The first optical sensor includes a first light receiving element and a first optical filter. The first optical filter is configured to increase transmittance as the wavelength of incident light increases. The slope (k) and intercept (l) of the sensitivity graph of the first optical sensor can be changed by appropriately selecting the first light receiving element and the first optical filter.

제2 광센서는 도 14에 도시된 바와 같이, 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 떨어지도록 구성된다. 제2 광센서는 제2 수광소자와 제2 광학 필터를 포함한다. 제2 광학 필터는 입사광의 파장이 증가함에 따라서 투과율이 감소하도록 구성되어 있다. 제2 광센서의 감도 그래프의 기울기(m)와 절편(n)은 제2 수광소자와 제2 광학 필터를 적절히 선택하여 변경할 수 있다. As shown in FIG. 14, the second optical sensor is configured to have reduced sensitivity as the wavelength of the source light increases. The second optical sensor includes a second light receiving element and a second optical filter. The second optical filter is configured so that the transmittance decreases as the wavelength of incident light increases. The slope (m) and intercept (n) of the sensitivity graph of the second optical sensor can be changed by appropriately selecting the second light receiving element and the second optical filter.

일반적으로 수광소자는 입사광의 파장이 증가함에 따라서 투과율이 감소하거나 증가하므로, 제1 광센서와 제2 광센서 중 하나는 광학 필터 없이 수광소자만으로 구성될 수도 있다. 수광소자의 투과율이 입사광의 파장이 증가함에 따라서 증가할지 감소할지는 입사광의 파장 범위에 따라서 결정된다.In general, the transmittance of a light receiving element decreases or increases as the wavelength of incident light increases, so one of the first and second optical sensors may be composed of only a light receiving element without an optical filter. Whether the transmittance of the light receiving element increases or decreases as the wavelength of the incident light increases is determined depending on the wavelength range of the incident light.

듀얼 센서를 이용한 중심파장 측정기는 제1 광센서와 제2 광센서의 감도 값의 차이 값을 측정하여, 소스 광의 중심 파장을 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같은 감도 그래프를 가지는 제1 광센서와 제2 광센서를 이용한다면, 제1 광센서와 제2 광센서의 감도 값의 차이 값이 0일 때에 소스 광의 중심 파장은 대략 535㎚가 되며, 0.8일 때에는 500㎚가 된다.A central wavelength measuring device using a dual sensor can measure the central wavelength of source light by measuring the difference in sensitivity between the first and second optical sensors. For example, if a first and second photosensor having a sensitivity graph as shown in FIG. 14 is used, when the difference between the sensitivity values of the first and second photosensors is 0, the center of the source light The wavelength is approximately 535 nm, and at 0.8 it is 500 nm.

또한, 중심파장 모니터링 장치(130)로는 종래의 광학 분광기(spectrometer)를 사용할 수도 있다. 광학 분광기는 파장 또는 주파수의 함수로 빛의 강도를 보여주는 장치이다. 듀얼 센서를 이용한 중심파장 측정기는 광학 분광기에 비해서 크기가 매우 작다는 장점이 있다.Additionally, a conventional optical spectrometer may be used as the center wavelength monitoring device 130. An optical spectrometer is a device that shows the intensity of light as a function of wavelength or frequency. A center wavelength meter using a dual sensor has the advantage of being very small in size compared to an optical spectrometer.

본 실시예에서는 중심파장 모니터링 장치(130)를 사용하여, 소스 광(1)의 중심파장을 알 수 있으므로, 광 송신기(110) 자체의 제조 편차, 주변 온도에 따른 편차, 광 송신기(110)가 소모하는 전력이나 광 송신기(110)에 흐르는 전류 등의 요인에 따른 중심파장의 변동을 고려하여 간섭 필터(40)의 통과 대역을 넓게 설계할 필요가 없다.In this embodiment, the center wavelength of the source light 1 can be known using the center wavelength monitoring device 130, so that the manufacturing deviation of the optical transmitter 110 itself, the deviation due to ambient temperature, and the optical transmitter 110 There is no need to design the pass band of the interference filter 40 to be wide in consideration of variations in the center wavelength due to factors such as power consumption or current flowing through the optical transmitter 110.

종래에는 간섭 필터(40)의 통과 대역이 30㎚ 정도가 되도록 간섭 필터(40)를 설계하였으나, 본 발명에서는 5㎚ 이하로 통과 대역의 폭을 줄일 수 있다. 간섭 필터(40)의 통과 대역의 폭을 줄이면, 광 수신기(120)에 입사되는 외부광이 줄어들기 때문에, 신호 대 노이즈 비가 향상된다. 예를 들어, 중심파장 940㎚, 반치전폭 0.7㎚, 파워 75W인 펄스형 소스 광을 사용할 경우 간섭 필터(40)의 반치전폭이 30㎚에서 5㎚로 준다면, 소스 광의 조사면의 면적이 1㎡이고, 태양광의 조명도가 100kLux인 경우 신호 대 노이즈 비가 약 585% 향상된다. 태양광의 조명도가 20kLux인 경우에도 동일하게 향상된다.Conventionally, the interference filter 40 was designed so that the pass band of the interference filter 40 was about 30 nm, but in the present invention, the width of the pass band can be reduced to 5 nm or less. When the width of the passband of the interference filter 40 is reduced, external light incident on the optical receiver 120 is reduced, thereby improving the signal-to-noise ratio. For example, when using pulsed source light with a central wavelength of 940 nm, a full width at half maximum of 0.7 nm, and a power of 75 W, if the full width at half maximum of the interference filter 40 is reduced from 30 nm to 5 nm, the area of the source light irradiation surface is 1 m2. And when the illuminance of sunlight is 100kLux, the signal-to-noise ratio improves by about 585%. The same improvement occurs even when the illuminance of sunlight is 20kLux.

제어기(150)는 중심파장 모니터링 장치(130)로부터 측정된 소스 광의 중심 파장의 변화에 대응하여 간섭 필터(40)의 한 쌍의 반사층(44, 46) 사이의 광학 거리를 조절하는 제어신호를 생성하는 역할을 한다.The controller 150 generates a control signal to adjust the optical distance between the pair of reflection layers 44 and 46 of the interference filter 40 in response to the change in the center wavelength of the source light measured by the center wavelength monitoring device 130. It plays a role.

좀 더 상세히 설명하면, 제어기(150)는 중심파장 모니터링 장치(130)로부터 측정된 소스 광의 중심 파장이 길어지면, [광각 분광 이미징 장치] 부분에서 설명한 바와 같이, 간섭 필터(40)의 광학 거리 조절 메커니즘에 제어신호를 송신하여, 제1 반사층(44)과 제2 반사층(46) 사이의 광학 거리가 멀어지도록 조절한다. 반대로 소스 광의 중심 파장이 짧아지면, 광학 거리가 짧아지도록 조절한다.In more detail, when the center wavelength of the source light measured by the center wavelength monitoring device 130 becomes longer, the controller 150 adjusts the optical distance of the interference filter 40, as described in the [Wide Angle Spectral Imaging Device] section. By transmitting a control signal to the mechanism, the optical distance between the first reflective layer 44 and the second reflective layer 46 is adjusted to become larger. Conversely, if the center wavelength of the source light becomes shorter, the optical distance is adjusted to become shorter.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the drawings and examples, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims below. You will understand.

100: 광각 분광 이미징 장치
200: 깊이 이미징 장치
20: 광 수신기
40: 간섭 필터
50: 제어기
100: Wide-angle spectral imaging device
200: depth imaging device
20: optical receiver
40: Interference filter
50: controller

Claims (14)

광이 입사하는 제1 표면과, 그 반대 측인 제2 표면을 구비하는 제1 반사층과, 상기 제2 표면과 거리를 두고 마주보는 제3 표면과, 그 반대 측이며 광이 출사하는 제4 표면을 구비하는 제2 반사층을 구비하며,
간섭 필터의 외곽으로 진행할수록 상기 간섭 필터로 입사하는 광의 입사각이 증가하여 상기 간섭 필터의 위치별로 투과 파장이 변화하는 것을 방지하도록, 상기 제1 반사층의 제1 표면과 상기 제2 반사층의 제4 표면 사이의, 광축과 나란한 가상의 경로 상의 모든 매질들 각각의 상기 경로 상의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 상기 광축에서 멀어질수록 커지도록 구성된 간섭 필터.
A first reflective layer having a first surface on which light enters, a second surface on the opposite side, a third surface facing the second surface at a distance, and a fourth surface on the opposite side from which light exits. It is provided with a second reflective layer,
The angle of incidence of light incident on the interference filter increases as it progresses to the outside of the interference filter, so that the first surface of the first reflective layer and the fourth surface of the second reflective layer are adjusted to prevent the transmission wavelength from changing depending on the position of the interference filter. An interference filter configured such that the sum of the product of the thickness and refractive index of all media on a virtual path parallel to the optical axis increases as the distance from the optical axis increases.
제1항에 있어서,
상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층의 상기 제2 표면과 상기 제2 반사층의 상기 제3 표면 사이의 간격이, 상기 광축에서 멀어질수록 넓어지도록, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 중 적어도 하나가 굽어 있는 간섭 필터.
According to paragraph 1,
At least one of the first reflective layer and the second reflective layer is configured such that the gap between the second surface of the first reflective layer of the interference filter and the third surface of the second reflective layer becomes wider as the distance from the optical axis increases. Curved interference filter.
제2항에 있어서,
상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 중 굽어 있는 반사층의 곡률은 상기 광축에서 멀어질수록 작아지는 간섭 필터.
According to paragraph 2,
An interference filter in which the curvature of a curved reflective layer of the first reflective layer and the second reflective layer decreases as the distance from the optical axis increases.
제1항에 있어서,
상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에는 상기 광축에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지며, 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이의 다른 매질에 비해서 굴절률이 큰 광학 물질이 채워지는 간섭 필터.
According to paragraph 1,
The thickness between the first reflective layer and the second reflective layer of the interference filter increases as the distance from the optical axis increases, and the space between the first reflective layer and the second reflective layer is filled with an optical material having a higher refractive index than other media. filter.
제1항에 있어서,
상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 중 적어도 하나는 복수의 유전체 층들을 포함하며,
상기 복수의 유전체 층들 중 적어도 하나는 상기 광축에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 간섭 필터.
According to paragraph 1,
At least one of the first reflective layer and the second reflective layer includes a plurality of dielectric layers,
An interference filter in which at least one of the plurality of dielectric layers becomes thicker as the distance from the optical axis increases.
제1항에 있어서,
상기 제1 반사층의 제1 표면과 상기 제2 반사층의 제4 표면 사이의, 광축과 나란한 경로 상의 모든 매질들 각각의 경로 상의 두께와 굴절률을 곱한 값들의 합이 아래의 수학식 2에 따라서 상기 광축에서 멀어질수록 COSθ(x) 값에 반비례하여 커지는 간섭 필터.
[수학식 2]

(tk(x)와 nk(x)는 광축으로부터의 거리가 x인 광축과 나란한 경로 상의 매질들 각각의 경로 상의 두께(각각의 매질을 지나는 상기 경로의 길이)와 굴절률을 나타내며, θ(x)는 광축으로부터의 거리(x)에 따른 입사각(Angle of Incidence)이며, m은 정수, λ는 간섭 필터의 투과 파장을 의미한다.)
According to paragraph 1,
The sum of the values obtained by multiplying the thickness and refractive index of all media on a path parallel to the optical axis between the first surface of the first reflective layer and the fourth surface of the second reflective layer is the optical axis according to Equation 2 below. An interference filter that grows in inverse proportion to the COSθ(x) value as you move away from .
[Equation 2]

(t k (x) and n k (x) represent the thickness (length of the path passing through each medium) and refractive index on each path of the media parallel to the optical axis at a distance x from the optical axis, θ ( x) is the angle of incidence according to the distance (x) from the optical axis, m is an integer, and λ means the transmission wavelength of the interference filter.)
피사체로부터의 광을 수신하도록 구성된 광 수신기와,
상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이의 광축 방향과 나란한 광학 거리를 조절하도록 구성된 광학 거리 조절 메커니즘을 포함하며,
상기 광 수신기의 전단에 배치되는 간섭 필터를 포함하는 광각 분광 이미징 장치로서,
상기 간섭 필터는 청구항 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 간섭 필터인 광각 분광 이미징 장치.
an optical receiver configured to receive light from a subject;
An optical distance adjustment mechanism configured to adjust the optical distance parallel to the optical axis direction between the first reflective layer and the second reflective layer,
A wide-angle spectral imaging device comprising an interference filter disposed at a front end of the optical receiver,
The interference filter is a wide-angle spectral imaging device that is the interference filter of any one of claims 1 to 6.
제7항에 있어서,
상기 광학 거리 조절 메커니즘은,
상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에 채워지며, 외부 자극에 따라서 두께 또는 굴절률이 변경되는 지능형 광학 물질인 광각 분광 이미징 장치.
In clause 7,
The optical distance control mechanism is,
A wide-angle spectral imaging device that is filled between the first and second reflective layers of the interference filter and is an intelligent optical material whose thickness or refractive index changes depending on external stimuli.
제7항에 있어서,
상기 광학 거리 조절 메커니즘은 상기 제1 반사층을 상기 제2 반사층에 대해서 광축 방향을 따라서 상대 이동시키도록 구성된 간격 조절 메커니즘인 광각 분광 이미징 장치.
In clause 7,
The optical distance adjustment mechanism is a gap adjustment mechanism configured to move the first reflective layer relative to the second reflective layer along the optical axis direction.
소스 광을 전송하도록 구성된 광 송신기와,
상기 소스 광의 반사광을 수신하도록 구성된 광 수신기와,
상기 광 수신기의 전단에 배치되는 간섭 필터를 포함하는 깊이 이미징 장치로서,
상기 간섭 필터는 청구항 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 간섭 필터인 깊이 이미징 장치.
an optical transmitter configured to transmit source light;
an optical receiver configured to receive reflected light of the source light;
A depth imaging device comprising an interference filter disposed in front of the optical receiver,
The depth imaging device wherein the interference filter is the interference filter of any one of claims 1 to 6.
제10항에 있어서,
상기 소스 광의 중심 파장의 변화를 측정하는 중심파장 모니터링 장치와,
상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이의 광축 방향과 나란한 광학 거리를 조절하도록 구성된 광학 거리 조절 메커니즘과,
상기 중심파장 모니터링 장치로부터 측정된 상기 소스 광의 중심 파장의 변화에 대응하여 상기 광학 거리 조절 메커니즘을 제어하는 제어기를 더 포함하는 깊이 이미징 장치.
According to clause 10,
a central wavelength monitoring device that measures changes in the central wavelength of the source light;
an optical distance adjustment mechanism configured to adjust an optical distance parallel to the optical axis direction between the first reflective layer and the second reflective layer;
Depth imaging device further comprising a controller that controls the optical distance adjustment mechanism in response to a change in the center wavelength of the source light measured from the center wavelength monitoring device.
제11항에 있어서,
상기 광학 거리 조절 메커니즘은,
상기 간섭 필터의 상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에 채워지며, 외부 자극에 따라서 두께 또는 굴절률이 변경되는 지능형 광학 물질인 깊이 이미징 장치.
According to clause 11,
The optical distance control mechanism is,
A depth imaging device that is filled between the first and second reflective layers of the interference filter and is an intelligent optical material whose thickness or refractive index changes depending on external stimuli.
제11항에 있어서,
상기 광학 거리 조절 메커니즘은 상기 제1 반사층을 상기 제2 반사층에 대해서 광축 방향을 따라서 상대 이동시키도록 구성된 간격 조절 메커니즘인 깊이 이미징 장치.
According to clause 11,
The optical distance adjustment mechanism is a gap adjustment mechanism configured to move the first reflective layer relative to the second reflective layer along an optical axis direction.
제11항에 있어서,
상기 중심파장 모니터링 장치는,
상기 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 향상되도록 구성된 제1 광센서와,
상기 소스 광의 파장이 증가함에 따라서 감도가 떨어지도록 구성된 제2 광센서를 포함하며,
상기 제1 광센서와 제2 광센서의 감도의 차이에 기초하여 소스 광의 중심 파장의 변화를 측정하는 깊이 이미징 장치.
According to clause 11,
The center wavelength monitoring device,
a first optical sensor configured to improve sensitivity as the wavelength of the source light increases;
A second optical sensor configured to decrease in sensitivity as the wavelength of the source light increases,
A depth imaging device that measures a change in the center wavelength of source light based on the difference in sensitivity between the first and second optical sensors.
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