KR102647377B1

KR102647377B1 - 카메라 장치

Info

Publication number: KR102647377B1
Application number: KR1020180161123A
Authority: KR
Inventors: 박주언; 장성하; 주양현
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2024-03-13
Also published as: KR20200072963A

Abstract

실시 예는, 제1 광경로 또는 제2 광경로에 따라 출력광을 출력하는 광출력부, 상기 출력광이 피사체에 반사된 입력광을 수신하여 전기 신호를 생성하는 광수신부, 그리고 제어 신호에 따라 상기 출력광의 광경로를 상기 제1 광경로 또는 상기 제2 광경로로 변경하는 광조정부를 포함하되, 상기 제1 광경로에 따라 출력되는 출력광은 제1 패턴으로 형성되고, 상기 제2 광경로를 통해 출력되는 출력광은 제2 패턴으로 형성되는 카메라 장치를 개시한다.

Description

카메라 장치{CAMERA APPARATUS}

실시 예는 카메라 장치에 관한 것이다.

3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다. 깊이 정보를 획득하는 방법으로, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하는 방식, 스테레오 카메라를 이용하는 방식, TOF(Time of Flight) 방식 등이 이용되고 있다.

이러한 TOF 방식이나 구조광 방식의 경우 적외선 파장 영역의 빛을 이용하고 있는데, 최근에는 적외선 파장 영역의 특징을 이용하여 생체 인증에 이용하고자 하는 시도가 있다. 예를 들어, 손가락 등에 퍼진 정맥의 모양은 태아 때부터 일생 동안 변하지 않고, 사람마다 다르다고 알려져 있다. 이에 따라, 적외선 광원이 탑재된 카메라 장치를 이용하여 정맥 패턴을 식별할 수 있다. 이를 위하여, 손가락을 촬영한 후, 손가락의 색과 형상을 기반으로 배경을 제거하여 각 손가락을 검출할 수 있으며, 검출된 각 손가락의 색 정보로부터 각 손가락의 정맥 패턴을 추출할 수 있다. 즉, 손가락의 평균 색깔, 손가락에 분포된 정맥의 색깔, 및 손가락에 있는 주름의 색깔은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 손가락에 분포된 정맥의 색깔은 손가락의 평균 색깔에 비하여 적색이 약할 수 있으며, 손가락에 있는 주름의 색깔은 손가락의 평균 색깔에 비하여 어두울 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 픽셀 별로 정맥에 근사한 값을 계산할 수 있으며, 계산한 결과를 이용하여 정맥 패턴을 추출할 수 있다. 그리고, 추출된 각 손가락의 정맥 패턴과 미리 등록된 데이터를 대비하여 개인을 식별할 수 있다.

다만, 적외선 이미지를 생성하기 위한 광원의 패턴과 구조광을 출력하는 프로젝터의 광원 패턴이 서로 상이한바 서로 다른 광원 모듈을 탑재해야 하므로 카메라 장치의 부피가 증가한다는 문제가 발생한다.

또한, 지정맥 등을 인식하기 위한 적외선 이미지의 경우 카메라 장치에 손가락 등을 근접시켜 촬영하는데 구조광 프로젝터과 동일한 강도의 빛을 조사하는 경우 광포화 현상이 발생하여 이미지를 획득하지 못하는 문제가 발생한다.

실시 예는 적외선 이미지 촬영을 위한 광원과 구조광 프로젝터가 하나의 모듈로 결합된 카메라 장치를 제공하기 위한 것이다.

실시 예는 빛의 세기를 조절하여 적외선 이미지 촬영시 광포화 현상을 방지할 수 있는 카메라 장치를 제공하기 위한 것이다.

실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 제1 광경로 또는 제2 광경로에 따라 출력광을 출력하는 광출력부, 상기 출력광이 피사체에 반사된 입력광을 수신하여 전기 신호를 생성하는 광수신부, 그리고 제어 신호에 따라 상기 출력광의 광경로를 상기 제1 광경로 또는 상기 제2 광경로로 변경하는 광조정부를 포함하되, 상기 제1 광경로에 따라 출력되는 출력광은 제1 패턴으로 형성되고, 상기 제2 광경로를 통해 출력되는 출력광은 제2 패턴으로 형성된다.

상기 광출력부는, 복수의 발광 소자가 어레이되며, 적외선 영역의 출력광을 생성하는 광원, 그리고 상기 렌즈가 집광한 출력광의 위상 및 진폭을 변조하는 회절광학소자를 포함할 수 있다.

상기 광원은, 상기 광조정부가 상기 출력광의 광경로를 상기 제1 광경로로 변경하면, 상기 복수의 발광 소자 중 일부가 개별 동작하여 상기 출력광을 생성하거나, 복수의 발광 소자 중 기 설정된 영역에 배치된 발광 소자가 동작하여 상기 출력광을 생성할 수 있다.

상기 광원은, 상기 출력광의 노출 시간을 변경하거나 출력광의 파워 펄스의 듀티비(duty rate)를 변경하여 상기 출력광의 강도를 조절할 수 있다.

상기 복수의 발광 소자는, 다중 수직 공진 표면광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, Vcsel) 소자일 수 있다.

상기 제1 패턴은 면광원 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 점광원 패턴을 포함할 수 있다.

상기 광조정부는, 제1 액체 및 상기 제1 액체와 굴절률이 상이한 제2 액체를 포함하며, 제어 신호에 따라 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면이 변하는 액체 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 광조정부는, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면의 곡률에 따라 상기 출력광의 산란 정도를 변경할 수 있다.

상기 광조정부는, 상기 광원과 회절 광학 소자 사이에 배치될 수 있다ㅏ.

상기 광조정부는, 상기 회절 광학 소자 상단에 배치될 수 있다.

실시 예에 따르면, 구조광 출력을 위한 프로젝터와 IR LED 광원을 하나의 모듈로 결합할 수 있다.

서로 다른 종류의 출력단을 하나의 모듈로 결함함으로써 모듈의 부피를 줄일 수 있다.

광원의 광도를 조절함으로써 광포화 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광출력부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치의 일부의 단면도이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 장치의 일부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치에 포함되는 액체 렌즈의 한 예이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치에 포함되는 액체 렌즈의 다른 예이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 광조정부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광조정부의 광 굴절 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 출력광의 패턴 변경을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(10)는 광출력부(100), 광수신부(200) 및 광조정부(300)를 포함한다.

광출력부(100)는 제1 광경로 또는 제2 광경로에 따라 출력광을 출력한다.

구체적으로, 광출력부(100)는 전력을 인가받아 출력광을 생성하여 출력한다. 이때, 광출력부(100)는 출력광을 제1 광경로에 따라 출력하거나 제2 광경로에 따라 출력할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따르면, 광출력부(100)는 제1 광경로 및 제2 광경로 이외에 다른 광경로에 따라 출력광을 출력할 수도 있다.

제1 광경로에 따라 출력되는 출력광은 제1 패턴으로 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우, 제1 패턴을 띄는 출력광이 피사체에 입사될 수 있다. 제2 광경로에 따라 출력되는 출력광은 제2 패턴으로 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우, 제2 패턴을 띄는 출력광이 피사체에 입사될 수 있다. 제1 패턴은 점광원 패턴일 수 있고, 제2 패턴은 면광원 패턴일 수 있다.

광출력부(100)에 대한 상세한 구성은 아래에서 도면을 통해 자세히 살펴보도록 한다.

광수신부(200)는 출력광이 피사체에 반사된 입력광을 수신하여 전기 신호를 생성한다.

광수신부(200)는 입력광을 전기 신호로 변환하기 위하여 입력광을 집광하는 수단 및 집광된 입력광을 전기 신호로 변환하는 수단을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 광수신부(200)는 일정한 패턴에 따라 입력광의 광경로를 변경할 수 있다. 따라서, 일정한 패턴에 따라 광경로가 변경된 입력광을 통해 생성된 전기 신호 각각에 대응하는 복수의 이미지가 생성될 수 있다. 복수의 이미지는 수퍼 레졸루션 기법(super resolution method)을 통해 고해상의 이미지로 변환될 수 있다. 광수신부(200)에 대한 구성은 아래에서 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.

광조정부(300)는 제어 신호에 따라 출력광의 광경로를 제1 광경로 또는 제2 광경로로 변경한다. 구체적으로, 광조정부(300)는 광출력부(100)가 출력광의 생성 시점과 출력광의 피사체 입사 시점 사이에 출력광의 광경로를 제1 광경로 또는 제2 광경로로 변환한다.

광조정부(300)는 액체 렌즈와 같이 입력된 빛의 광경로를 변경할 수 있는 수단을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광출력부의 구성도이다.

도 2를 참조하면 광출력부(100)는 광원(110) 및 회절광학소자(120)를 포함한다.

광원(110)은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조일 수 있으며, 복수의 발광 소자가 적외선 영역의 출력광을 생성할 수 있다.

구체적으로, 광원(110)이 생성하는 빛은 파장이 770 내지 3000nm인 적외선(Infra Red, IR) 일 수 있으며, 파장이 380 내지 770 nm인 가시광선 일 수도 있다. 광원(110)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 이용할 수 있으며, 복수의 발광 다이오드가 일정한 패턴에 따라 배열된 형태를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 광원(110)은 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수도 있다. 또는, 광원(110)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수도 있다. VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꾸어 주는 레이저 다이오드 중 하나이며, 약 800 내지 1000nm인 파장, 예를 들어 약 850nm 또는 약 940nm 파장을 사용할 수 있다.

한편, 광원(110)은 어레이된 복수의 발광 소자를 일정 조건에 따라 다르게 구동할 수 있다. 구체적으로, 광원(110)은 광조정부(300)가 출력광의 광경로를 제1 광경로로 변경하면, 복수의 발광 소자 중 일부가 개별 동작하여 출력광을 생성하거나, 복수의 발광 소자 중 기 설정된 영역에 배치된 발광 소자가 동작하여 출력광을 생성할 수 있다. 즉, 어레이된 복수의 발광 소자 전체가 구동되지 않고, 일부 발광 소자만을 동작시키거나 기 설정된 특정 영역의 발광 소자만을 동작시킬 수 있다.

제1 광경로에 따라 출력된 출력광은 면광원 패턴을 형성할 수 있으며, 면광원 패턴은 적외선 이미지를 획득하는데 이용될 수 있다. 이러한 적외선 이미지는 예를 들어 안면 윤곽 인식이나 정맥 패턴 측정 등에 사용될 수 있는데, 3차원 모델링 등에 사용되는 점광원 패턴에 비해 좁은 면적에 출력광을 입사시켜도 목적 달성이 가능할 수 있다. 따라서, 복수의 발광 소자 전부를 구동시킬 경우 불필요한 전력 소모가 발생할 수 있으며, 높은 광도로 인해 안면 인식시 사람의 눈에 악영향을 미칠 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예와 같이 면광원 패턴의 출력광 출력시 일부 발광 소자만 동작시키거나 일정 영역의 발광 소자만 동작시키게 되면 상기의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 광원(110)은 출력광의 노출 시간을 변경하거나 출력광의 파워 펄스의 듀티비(duty rate)를 변경하여 출력광의 강도를 조절할 수 있다. 손바닥 또는 손가락의 정맥을 측정하는 경우와 같이 피사체가 카메라 장치(10)에 가까이 위치하는 경우, 광포화가 발생하여 적외선 이미지를 획득할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이때, 피사체를 카메라 장치(10)에서 먼 곳에 위치시키게 되면 이러한 광포화 현상을 발생을 막을 수 있으나, 적외선 이미지의 해상도가 낮아지는 문제가 발생한다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 광원(110)은 출력광의 노출 시간이나 파워 펄스 듀티비를 변경함으로써 출력광의 강도를 조절하므로, 상기의 광포화 현상을 방지할 수 있는 장점을 가진다.

회절광학소자(120)는 렌즈가 집광한 출력광의 위상 및 진폭을 변조할 수 있다.

회절광학소자(diffractive optical element, DOE, 120)는 마이크로, 나노 스케일(micro scale, nano scale)의 요철구조로 이루어진 소자일 수 있다. 회절광학소자(120)는 요철 형태의 표면 구조에 입력되는 출력광의 위상과 진폭을 변조함으로써 기 설정된 형태의 파면을 갖는 출력광으로 변환한다. 회절광학소자(120)에 의해 파면이 변조된 출력광은 파동 회절의 법칙에 따라 공간 또는 매질 상을 진행할 수 있다.

아래에서는 도 3 및 도 4을 통해 본 발명의 실시예에 따른 광수신부에 대해 상세히 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치의 일부의 단면도이다. 도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 장치의 일부의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(10)의 광수신부(200)는 IR 필터(220), 렌즈 모듈(210) 및 이미지 센서(230)를 포함할 수 있다. 광수신부(200)는 인쇄회로기판상에 배치된 이미지 센서 상당에 IR 필터(220)가 배치되고, IR 필터(220) 상단에 렌즈 모듈(210)이 배치될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 렌즈 모듈(210)는 IR(InfraRed) 필터(220), IR 필터(220) 상에 배치되는 복수 매의 고체 렌즈(214) 및 복수 매의 고체 렌즈(214) 상에 배치되거나, 복수 매의 고체 렌즈(214) 사이에 배치되는 액체 렌즈(212)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)에 도시된 것처럼, 액체 렌즈(212)는 복수 매의 고체 렌즈(214) 상에 배치될 수 있다. 이와 같이, 액체 렌즈(212)가 복수 매의 고체 렌즈(214) 상에 배치되는 방식을 애드온 방식이라 할 수 있다. 이때, 액체 렌즈(212)는 복수 매로 구성될 수도 있다.

다른 실시예에 따르면, 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에 도시된 것처럼, 액체 렌즈(212)는 복수 매의 고체 렌즈(214) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 액체 렌즈(212)가 복수 매의 고체 렌즈(214) 사이에 배치되는 방식을 애드인 방식이라 할 수 있다. 애드온 방식인 경우, 액체 렌즈(212)는 렌즈 모듈(210) 외부의 셰이퍼(미도시) 등에 의하여 지지되고, 틸팅될 수 있다. 이때, 액체 렌즈(212)는 복수 매로 구성될 수도 있다.

다른 실시예에 따르면, 복수 매의 액체 렌즈(212) 중 일부 액체 렌즈(212)는 복수 매의 고체 렌즈(214) 상에 배치되고, 나머지 액체 렌즈(212)는 복수 매의 고체 렌즈(214) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 애드온 방식과 애드인 방식이 결합된 형태로 액체 렌즈(212)가 배치될 수도 있다.

복수의 고체 렌즈(214) 및 액체 렌즈(212)는 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있으며, 본 명세서에서 Z 축이라 지칭할 수 있다.

렌즈 모듈(210)은 렌즈 배럴(216)을 더 포함할 수 있으며, 렌즈 배럴(216)의 내부에는 렌즈의 적어도 일부를 수용할 수 있는 공간이 마련될 수 있다. 렌즈 배럴(216)은 하나 또는 복수의 렌즈와 회전 결합될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며, 접착제(예를 들어, 에폭시(epoxy) 등의 접착용 수지)를 이용한 방식 등 다른 방식으로 결합될 수 있다.

렌즈 홀더(미도시)는 렌즈 배럴(216)과 결합되어 렌즈 배럴(216)을 지지하고, 이미지 센서(230)가 탑재된 인쇄회로기판(미도시)에 결합될 수 있다. 렌즈 홀더(미도시)에 의하여 렌즈 배럴(216) 하부에 IR 필터(220) 가 부착될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 렌즈 홀더의 내주면에는 나선형 패턴이 형성될 수 있고, 이와 마찬가지로 외주면에 나선형 패턴이 형성된 렌즈 배럴(216)과 회전 결합할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 렌즈 홀더와 렌즈 배럴(216)은 접착제를 통해 결합되거나, 렌즈 홀더와 렌즈 배럴(216)이 일체형으로 형성될 수도 있다.

다만, 이러한 예시는 일 실시예에 불과하며, 렌즈 모듈(210)의 렌즈 배럴 및 렌즈 홀더는 카메라 장치(10)로 입사되는 입력광 신호를 집광하여 이미지 센서부(230)에 전달할 수 있는 다양한 구조로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, IR 필터(220) 또는 이미지 센서(230)의 이동을 제어하는 제1 구동부(미도시), 그리고 액체 렌즈(126)의 곡률을 제어하는 제2 구동부(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 구동부는 IR 필터(220) 또는 이미지 센서(230)와 직접 또는 간접으로 연결되는 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있으며, 액추에이터는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), VCM(Voice Coil Motor) 및 압전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 구동부는 액체 렌즈와 직접 또는 간접으로 연결되며, 액체 렌즈에 전압을 직접 인가하거나, 액체 렌즈(212)에 인가되는 전압을 제어함으로써 액체 렌즈(212)의 곡률을 제어할 수 있다.

제1 구동부 및 제2 구동부 중 하나에 의하여 입력광 신호의 광경로가 소정의 규칙에 따라 반복하여 쉬프트되고, 제1 구동부 및 제2 구동부 중 다른 하나에 의하여 입력광 신호의 광경로가 소정의 제어 정보에 따라 쉬프트될 수 있다.

입력광 신호의 광경로가 소정의 규칙에 따라 반복하여 쉬프트되면, 쉬프트된 광경로를 이용하여 SR(super resolution) 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 입력광 신호의 광경로가 소정의 제어 정보에 따라 쉬프트되면, 쉬프트된 광경로를 이용하여 OIS 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 소정의 제어 정보는 카메라 장치(10)의 움직임 정보, 자세 정보 등으로부터 추출된 OIS를 위한 제어 정보를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(10)는 픽셀 쉬프트(pixel shift) 기술을 이용하여 SR 기법을 수행할 수 있다.

픽셀 쉬프트를 위하여, 제1 구동부는 IR 필터(220) 또는 이미지 센서(230)의 기울기를 이동시킬 수 있다. 즉, 제1 구동부는 IR 필터(220) 또는 이미지 센서(230)가 광축(Z축)에 대하여 수직하는 평면인 XY 평면에 대하여 소정의 기울기를 가지도록 틸팅(tilting)시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 구동부는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 이미지 센서(230)의 서브 픽셀 단위로 변경할 수 있다. 여기서, 서브 픽셀은 0 픽셀보다 크고 1 픽셀보다 작은 단위일 수 있다.

제1 구동부는 영상 프레임 별로 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 하나의 노출주기마다 1개의 영상 프레임이 생성될 수 있다. 따라서, 제1 구동부는 하나의 노출주기가 종료되면 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다.

제1 구동부는 이미지 센서(230)를 기준으로 서브픽셀 단위만큼 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 이때, 제1 구동부(150)는 현재 광경로를 기준으로 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상, 하, 좌, 우 중 어느 하나의 방향으로 변경할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치에 포함되는 액체 렌즈의 한 예이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치에 포함되는 액체 렌즈의 다른 예이다.

액체 렌즈(212)는 도 5에 도시된 멤브레인 방식의 액체 렌즈 또는 도 6에 도시된 액체 렌즈일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 인가되는 전압에 따라 그 형상이 달라지는 가변 렌즈를 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(212)는 챔버 내에 액체가 채워진 형태일 수 있으며, 액체에 인가되는 전압에 따라 두 액체간 계면의 형상이 볼록해지거나, 평평해지거나, 오목해질 수 있다. 다른 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(212)는 서로 다른 성질을 가지는 두 가지 종류의 액체(예, 전도성 액체 및 비전도성 액체)를 포함할 수 있으며, 두 가지 종류의 액체 사이에는 계면(1100)이 형성될 수 있고, 인가되는 전압에 따라 계면의 굴곡, 경사도 등이 변화될 수 있다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 통해 광조정부에 대해 상세하게 살펴보도록 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광조정부의 광 굴절 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 광조정부는 출력광의 광경로를 변경하기 위한 렌즈로 구현될 수 있다. 일 실시예로 광조정부는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치의 광수신부에서 입력광의 광경로를 변경하기 위하여 배치된 액체 렌즈와 동일한 렌즈로 구현될 수 있다. 이때, 액체 렌즈는 상기에서 살펴본 바와 같이, 인가되는 전압에 따라 두 액체간 계면이 변형되거나 액체가 담긴 챔버를 밀봉한 멤브레인의 특정 위치에 힘을 가함으로써 멤브레인의 형상을 변형시킴으로써 출력광의 광경로를 변경할 수 있다. 다른 실시예로 광조정부는 일정 간격으로 이격된 두 개의 플레이트를 포함하는 구성으로 구현될 수 있으며, 두 개의 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트의 기울기를 변화시킴으로써 출력광의 광경로를 변경할 수 있다.

일 실시예로 광조정부가 액체렌즈로 구현된 경우의 광 굴절 메커니즘을 살펴본다. 앞서 살펴본 바와 같이, 제2액체의 상부에는 제1액체가 위치하며, 두 액체는 서로 성질 및 굴절률이 상이하다. 이에 따라 두 액체는 계면을 형성할 수 있다. 계면은, 전극에 인가된 전압에 의해 캐비티의 내벽을 따라 이동할 수 있다. 그 결과, 제2 광학 부재는 도 7의 (a)에서와 같이 전극에 전압을 인가하지 않은 초기상태에서 마이너스(-) 디옵터를 가진다. 그리고, 도 7의 (b)에서와 같이, 전극에 전압이 인가됨에 따라 플러스(+) 디옵터를 가지게 될 수 있다. 즉, 계면은 초기상태에서 하부로 곡률진 형태이며, 제2 광학 부재는 도 7의 (a)에서와 같이 오목렌즈의 기능을 할 수 있다. 전극에 전압이 인가됨에 따라 계면은 점점 상부로 곡률지게 되어, 제2 광학 부재는 도 7의 (b)에서와 같이 볼록렌즈의 기능을 할 수 있다. 또, 초기상태에서 아래로 볼록한 계면의 곡률반경은 전극에 최대 전압을 인가한 상태에서의 위로 볼록한 계면의 곡률반경보다 클 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 출력광의 패턴 변경을 설명하기 위한 도면이다.

출력광이 제1 광경로에 따라 출력되는 경우, 출력광은 도 8의 (a)에서와 같은 면광원 패턴을 나타낼 수 있다. 출력광이 제1 광경로에 따라 출력되는 경우, 광조정부(300)는 출력광이 산란(diffuser)시켜 면광원 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 면광원 패턴은 집광된 복수의 점광원을 확산(산란)시킨 광원 패턴을 의미한다.

일 실시예에서, 광조정부(230)가 회절광학소자(220)와 광원(210) 사이에 배치된 경우, 광원(210)에서 출력된 빛, 즉 출력광은 광조정부(230)를 통과한 후 회절광학소자(220)를 통과하여 피사체에 조사되는 광경로인 제1 광경로에 따라 출력된다. 광원(210)에서 출력된 출력광은 광조정부(230)를 통과하며 산란되고, 산란된 출력광은 회절광학소자(220)를 통과하면서 면광원 패턴에 따라 피사체에 조사될 수 있다.

다른 실시예에서, 광조정부(230)가 회절광학소자 상부에 배치되는 경우, 광원(210)에서 출력된 빛, 즉 출력광은 회절광학소자(220)를 통과한 후 광조정부(230)를 통과하여 피사체에 조사되는 광경로인 제1 광경로에 따라 출력된다. 광원(210)에서 출력된 출력광은 회절광학소자(220)를 통과하면서 일정한 패턴을 형성하게 되나, 일정한 패턴을 형성한 출력광은 광조정부(230)에 의해 산란됨으로 인해 면광원 패턴에 따라 피사체에 조사될 수 있다.

결론적으로, 출력광이 제1 광경로에 따라 출력되는 경우, 출력광은 광조정부(230)에 의해 산란됨으로써 도 8의 (a)에 도시된 것과 같은 면광원 패턴의 형태로 피사체에 조사된다.

출력광이 제2 광경로에 따라 출력되는 경우, 출력광은 도 8의 (b)에서와 같은 점광원 패턴을 나타낼 수 있다. 점광원 패턴은 일정한 간격으로 점들이 배치되는 패턴으로서, 점들 사이의 일정 간격은 회절광학소자(120)의 패턴 형태에 따라 결정될 수 있다. 즉, 출력광이 제2 광경로에 따라 출력되는 경우에는, 출력광이 회절광학소자(220)를 통과하면서 생성되는 점광원 패턴에 따라 피사체에 빛이 조사된다. 결론적으로, 광조정부(230)가 회절광학소자(220)와 광원 사이에 배치되거나, 회절광학소자(220)의 상부에 배치되더라도, 광조정부(230)는 출력광이 산란되지 않도록 제어할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 카메라 장치
100 : 광출력부
200 : 광수신부
300 : 광조정부

Claims

제1 광경로 또는 제2 광경로에 따라 출력광을 출력하는 광출력부,
상기 출력광이 피사체에 반사된 입력광을 수신하여 전기 신호를 생성하는 광수신부, 그리고
제어 신호에 따라 상기 출력광의 광경로를 상기 제1 광경로 또는 상기 제2 광경로로 변경하는 광조정부를 포함하되,
상기 제1 광경로에 따라 출력되는 출력광은 제1 패턴으로 형성되고, 상기 제2 광경로를 통해 출력되는 출력광은 제2 패턴으로 형성되고,
상기 광출력부는, 복수의 발광 소자가 어레이되며, 적외선 영역의 출력광을 생성하는 광원, 그리고 렌즈가 집광한 출력광의 위상 및 진폭을 변조하는 회절광학소자를 포함하며,
상기 광조정부는, 상기 회절광학소자와 광원 사이 혹은 상기 회절광학소자의 상부 중 어느 한 곳에 배치되고,
상기 제1 패턴은 면광원 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 점광원 패턴을 포함하는 카메라 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 광원은,
상기 광조정부가 상기 출력광의 광경로를 상기 제1 광경로로 변경하면, 상기 복수의 발광 소자 중 일부가 개별 동작하여 상기 출력광을 생성하거나, 복수의 발광 소자 중 기 설정된 영역에 배치된 발광 소자가 동작하여 상기 출력광을 생성하는 카메라 장치.
제1항에 있어서,
상기 출력광의 노출 시간을 변경하거나 출력광의 파워 펄스의 듀티비(duty rate)를 변경하여 상기 출력광의 강도가 조절되는 카메라 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 발광 소자는,
다중 수직 공진 표면광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, Vcsel) 소자인 카메라 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 광조정부는,
제1 액체 및 상기 제1 액체와 굴절률이 상이한 제2 액체를 포함하며,
제어 신호에 따라 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면이 변하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 장치.
제7항에 있어서,
상기 광조정부는,
상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면의 곡률에 따라 상기 출력광의 산란 정도를 변경하는 카메라 장치.
제1항에 있어서,
상기 광조정부는,
상기 광원과 회절 광학 소자 사이에 배치되는 카메라 장치.
제1항에 있어서,
상기 광조정부는,
상기 회절 광학 소자 상단에 배치되는 카메라 장치.