KR20140051030A - Imaging optical system for 3d image acquisition apparatus, and 3d image acquisition apparatus including the imaging optical system - Google Patents

Imaging optical system for 3d image acquisition apparatus, and 3d image acquisition apparatus including the imaging optical system Download PDF

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Abstract

Disclosed are an imaging optical system which can be manufactured in a reduced size to make the size of a 3D image acquisition device small and the 3D image acquisition device including the same. The disclosed imaging optical system comprises a common object lens; first and second image sensors having sizes different from each other; a beam splitter providing light for the first image sensor by transmitting part of light focused by the object lens and providing light for the second image sensor by reflecting the remaining part of the light; and at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor and reducing an image which is incident on the second image sensor. The optical element includes at least one among a Fresnel lens and a diffractive optical element. [Reference numerals] (105) Display; (106) Memory; (107) Control unit

Description

3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치 {Imaging optical system for 3D image acquisition apparatus, and 3D image acquisition apparatus including the imaging optical system}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an imaging optical system for a three-dimensional image acquisition apparatus, and a three-

개시된 실시예들은 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 카메라와 같은 3차원 영상 획득 장치의 크기를 작게 할 수 있도록 축소된 크기로 제작될 수 있는 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to an imaging optical system for a three-dimensional image acquiring apparatus and a three-dimensional image acquiring apparatus including the same. More particularly, the present invention relates to a three-dimensional image acquiring apparatus, such as a 3D camera, And a three-dimensional image acquisition apparatus including the same.

최근, 깊이감 있는 영상을 표시할 수 있는 3D 디스플레이 장치의 발전 및 수요 증가와 함께 3D 컨텐츠의 중요성이 부각되고 있다. 이에 따라, 일반 사용자가 3D 컨텐츠를 직접 제작할 수 있는 3D 카메라와 같은 3차원 영상 획득 장치가 연구되고 있다. 이러한 3D 카메라는 한번의 촬영으로 기존의 2차원 컬러 영상 정보와 함께 깊이(depth) 정보도 얻을 수 있어야 한다.In recent years, the importance of 3D contents has been highlighted along with the development of 3D display devices capable of displaying deep-seated images and the increasing demand. Accordingly, a three-dimensional image acquiring device such as a 3D camera capable of directly producing 3D contents by a general user is being studied. Such a 3D camera should be able to acquire depth information together with existing two-dimensional color image information in one shot.

피사체의 표면들과 3D 카메라 사이의 거리에 관한 깊이 정보는, 두 대의 카메라를 이용한 양안 입체시(Stereo Vision) 방법이나 구조광(Structured Light)과 카메라를 이용한 삼각 측량법(Triangulation)을 이용하여 얻을 수 있다. 그러나 이러한 방법은 피사체의 거리가 멀어질수록 깊이 정보에 대한 정확도가 급격히 저하되고 피사체의 표면 상태에 의존적이어서 정밀한 깊이 정보를 얻기 어렵다.Depth information on the distance between the surface of the subject and the 3D camera can be obtained by using a stereoscopic vision method using two cameras or a triangulation method using a structured light and a camera have. However, in this method, it is difficult to obtain accurate depth information because the accuracy of the depth information is drastically deteriorated as the distance of the subject becomes farther away, and it depends on the surface condition of the subject.

이러한 문제를 개선하기 위하여 광시간비행법(Time-of-Flight; TOF)이 도입되었다. TOF 기술은 조명광을 피사체에 조사한 후, 피사체로부터 반사되는 광이 수광부에서 수광되기까지의 광 비행시간을 측정하는 방법이다. TOF 기술에 따르면, 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)를 포함하는 조명 광학계를 이용하여 특정 파장의 빛(예컨대, 850nm의 근적외선)을 피사체에 투사하고, 피사체로부터 반사된 동일한 파장의 빛을 수광부에서 수광한 후, 기지의 이득 파형을 갖는 변조기로 상기 수광된 빛을 변조하는 등 깊이 정보를 추출하기 위한 일련의 처리 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 광 처리 과정에 따라 다양한 TOF 기술이 소개되어 있다.Time-of-flight (TOF) has been introduced to solve this problem. TOF technology is a method of measuring the light flight time from the time when the light reflected from the subject is received by the light receiving unit after illuminating the subject with the illumination light. According to the TOF technique, light of a specific wavelength (for example, near-infrared light of 850 nm) is projected to a subject using an illumination optical system including a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD), and light of the same wavelength After the light is received by the light receiving unit, a series of processing is performed to extract the depth information by modulating the received light with a modulator having a known gain waveform. A variety of TOF technologies are introduced in this series of optical processes.

TOF 기술을 채용한 3D 카메라는 통상적으로 깊이 정보를 얻기 위한 조명광을 방출하는 조명 광학계와 피사체의 영상을 획득하기 위한 결상 광학계를 구비한다. 결상 광학계는 피사체로부터 반사된 가시광선을 감지하여 일반적인 컬러 영상을 생성하는 동시에, 피사체로부터 반사된 조명광을 감지하여 깊이 정보만을 갖는 깊이 영상을 생성한다. 이를 위하여, 결상 광학계는 가시광선용 대물렌즈와 이미지 센서 및 조명광용 대물렌즈와 이미지 센서를 각각 따로 구비할 수 있다(즉, 2-렌즈 2-센서 구조). 그러나, 2-렌즈 2-센서 구조는 컬러 영상과 깊이 영상의 시야각이 상이하므로 두 영상을 정확하게 정합시키기 위한 별도의 절차가 필요하며, 3D 카메라의 크기가 커지고 제조 비용이 증가할 수 있다.A 3D camera employing TOF technology typically has an illumination optical system for emitting illumination light for obtaining depth information and an imaging optical system for acquiring an image of a subject. The imaging optical system senses visible light reflected from a subject to generate a general color image, and detects illumination light reflected from the subject to generate a depth image having only depth information. For this purpose, the imaging optical system may separately include an objective lens for visible light, an image sensor, an objective lens for illumination light, and an image sensor, respectively (i.e., a two-lens two-sensor structure). However, since the viewing angle of the color image and the depth image are different from each other in the 2-lens 2-sensor structure, a separate procedure for accurately matching the two images is required, and the size of the 3D camera and the manufacturing cost may increase.

이에 따라, 하나의 공통 대물렌즈와 2개의 이미지 센서를 갖는 3D 카메라가 제안되고 있다(즉, 1-렌즈 2-센서 구조). 이러한 1-렌즈 2-센서 구조에서도, 결상 광학계 및 3D 카메라의 부피와 무게의 증가 및 이로 인한 제조 비용의 상승을 억제하는 것이 주요한 관건 중 하나이다.Accordingly, a 3D camera having one common objective lens and two image sensors has been proposed (i.e., a 1-lens 2-sensor structure). Also in this 1-lens 2-sensor structure, suppression of an increase in the volume and weight of the imaging optical system and the 3D camera and an increase in the manufacturing cost thereof is one of the main issues.

하나의 공통 대물렌즈 및 크기가 다른 2개의 이미지 센서를 갖는 3차원 영상 획득 장치의 크기를 작게 할 수 있도록 축소된 크기로 제작될 수 있는 결상 광학계를 제공한다.There is provided an imaging optical system that can be manufactured in a reduced size so as to reduce the size of a three-dimensional image acquiring apparatus having one common objective lens and two image sensors of different sizes.

또한, 상기 결상 광학계를 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 제공한다.Further, there is provided a three-dimensional image acquiring device including the imaging optical system.

본 발명의 일 유형에 따른 결상 광학계는, 하나의 공통 대물렌즈; 크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터; 및 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.An imaging optical system according to one type of the present invention includes: a common objective lens; First and second image sensors having different sizes; A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 beam splitter provided to the image sensor; And at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor to reduce an image incident on the second image sensor, wherein the at least one optical element comprises a Fresnel lens and Diffractive optical element.

예를 들어, 상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이의 광 경로를 따라 차례로 배치된 적어도 2개의 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다.For example, the at least one optical element may comprise at least two Fresnel lenses sequentially disposed along the optical path between the beam splitter and the second image sensor.

또한 예를 들어, 상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이의 광 경로를 따라 차례로 배치된 제 1 광학소자와 제 2 광학소자를 각각 포함하며, 상기 제 1 광학소자는 프레넬 렌즈로 이루어지고 상기 제 2 광학소자는 회절광학소자로 이루어질 수 있다.Also for example, the at least one optical element comprises a first optical element and a second optical element, respectively, which are in turn disposed along the optical path between the beam splitter and the second image sensor, A Fresnel lens, and the second optical element may be a diffractive optical element.

예컨대, 상기 제 1 광학소자는 상기 빔스플리터로부터 오는 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 소자이며, 상기 제 2 광학소자는 평행광을 상기 제 2 이미지 센서 상에 수렴시켜 영상을 축소할 수 있다.For example, the first optical element may be a collimating element for converting the light from the beam splitter into parallel light, and the second optical element may converge the parallel light onto the second image sensor to reduce the image.

상기 결상 광학계는, 상기 적어도 하나의 광학소자와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역의 광을 변조하여 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 광 셔터를 더 포함할 수 있다.The imaging optical system may further include an optical shutter disposed between the at least one optical element and the second image sensor and modulating the light of the first wavelength band and providing the modulated light to the second image sensor.

예를 들어, 상기 제 2 이미지 센서는 상기 제 1 이미지 센서보다 크기가 작으며, 상기 제 1 파장 대역의 광은 가시광이고 제 2 파장 대역의 광은 적외선 영역의 광일 수 있다.For example, the second image sensor may be smaller in size than the first image sensor, the light of the first wavelength band may be visible light, and the light of the second wavelength band may be infrared light.

또한, 상기 빔스플리터는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하도록 구성될 수 있다.The beam splitter may be configured to transmit light in the first wavelength band and reflect light in the second wavelength band.

본 발명의 다른 유형에 따른 결상 광학계는, 하나의 공통 대물렌즈; 크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 및 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터;를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 빔스플리터는 상기 대물렌즈의 광축에 대해 45도보다 큰 각도로 경사지게 배치될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an imaging optical system including: a common objective lens; First and second image sensors having different sizes; And a light source for emitting light of a first wavelength band and light of a second wavelength band by separating light of a first wavelength band and light of a second wavelength band among light focused by the objective lens, And a beam splitter provided to the second image sensor, wherein the beam splitter can be inclined at an angle larger than 45 degrees with respect to the optical axis of the objective lens.

예를 들어, 상기 빔스플리터는, 상기 빔스플리터의 광입사면에 형성된 것으로, 상기 대물렌즈의 광축에 대해 45도로 경사지도록 형성된 다수의 미세한 제 1 경사면; 및 상기 빔스플리터의 광출사면에 형성된 것으로, 상기 다수의 제 1 경사면과 상보적인 형태로 형성된 다수의 미세한 제 2 경사면;을 포함하며, 여기서 상기 제 1 경사면과 제 2 경사면은 서로 평행할 수 있다.For example, the beam splitter is formed on the light incident surface of the beam splitter and includes a plurality of fine first inclined surfaces formed to be inclined at 45 degrees with respect to the optical axis of the objective lens; And a plurality of microscopic second inclined surfaces formed on the light exit surface of the beam splitter and complementary to the plurality of first inclined surfaces, wherein the first inclined surface and the second inclined surface may be parallel to each other .

또한, 상기 빔스플리터는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 파장분할 필터를 더 포함하며, 상기 파장분할 필터는 상기 제 1 경사면 상에 코팅될 수 있다.The beam splitter may further include a wavelength division filter that transmits light in the first wavelength band and reflects light in the second wavelength band, and the wavelength division filter may be coated on the first slope.

다른 예에서, 상기 빔스플리터는, 상기 빔스플리터의 광입사면에 형성된 것으로, 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하며, 반사되는 광의 반사각이 광축에 대해 45도가 되도록 형성된 반사형 제 1 회절 패턴; 및 상기 빔스플리터의 광출사면에 형성된 것으로, 상기 반사형 제 1 회절 패턴에 대해 상보적인 형태로 형성된 제 2 회절 패턴;을 포함할 수 있다.In another example, the beam splitter is formed on the light incident surface of the beam splitter, and transmits light in the first wavelength band and reflects light in the second wavelength band, and the reflection angle of the reflected light is 45 degrees A first diffraction pattern of the reflection type formed so as to be formed; And a second diffraction pattern formed on the light exit surface of the beam splitter and formed in a complementary manner to the reflection type first diffraction pattern.

또한, 상기 결상 광학계는 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 더 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The imaging optical system may further include at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor to reduce an image incident on the second image sensor, May include at least one of a Fresnel lens and a diffractive optical element.

본 발명의 또 다른 유형에 따른 결상 광학계는, 하나의 공통 대물렌즈; 크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 및 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터;를 포함할 수 있으며, 상기 빔스플리터는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 파장분할 필터가 코팅되어 있는 오목한 광입사면을 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, there is provided an imaging optical system comprising: a common objective lens; First and second image sensors having different sizes; And a light source for emitting light of a first wavelength band and light of a second wavelength band by separating light of a first wavelength band and light of a second wavelength band among light focused by the objective lens, And a beam splitter for providing a beam to the second image sensor, wherein the beam splitter has a concave light entrance surface coated with a wavelength division filter that transmits light in the first wavelength band and reflects light in the second wavelength band, . ≪ / RTI >

또한, 상기 결상 광학계는 상기 빔스플리터에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 볼록 미러, 및 상기 볼록 미러에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 평면 미러를 더 포함할 수 있다.The imaging optical system may further include a convex mirror that reflects light of a second wavelength band reflected by the beam splitter, and a plane mirror that reflects light of a second wavelength band reflected by the convex mirror toward the second image sensor And may further include a mirror.

다른 예에서, 상기 결상 광학계는 상기 빔스플리터에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 평면 미러, 및 상기 평면 미러에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 볼록 미러를 더 포함할 수 있다.In another example, the imaging optical system may include a plane mirror that reflects light of a second wavelength band reflected by the beam splitter, and a second mirror that reflects light of a second wavelength band reflected by the plane mirror toward the second image sensor And a convex mirror.

본 발명의 또 다른 유형에 따른 결상 광학계는, 하나의 공통 대물렌즈; 크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 및 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터;를 포함할 수 있으며, 상기 빔스플리터는 상기 대물렌즈의 광축을 중심으로 위쪽과 아래쪽에 각각 배치된 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러를 포함하고, 상기 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러는 광축 상에서 일단이 서로 접하고 있으며 서로에 대해 소정의 각도로 절곡되어 있으며, 상기 제 1 다이크로익 미러는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 광축의 위쪽으로 반사하며, 상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 광축의 아래쪽으로 반사하도록 구성될 수 있다.According to still another aspect of the present invention, there is provided an imaging optical system comprising: a common objective lens; First and second image sensors having different sizes; And a light source for emitting light of a first wavelength band and light of a second wavelength band by separating light of a first wavelength band and light of a second wavelength band among light focused by the objective lens, And a beam splitter provided to the second image sensor, wherein the beam splitter includes a first dichroic mirror and a second dichroic mirror disposed respectively on the upper and lower sides of the optical axis of the objective lens And the first dichroic mirror and the second dichroic mirror are in contact with each other on the optical axis and bent at a predetermined angle with respect to each other, and the first dichroic mirror reflects light of the first wavelength band And the second dichroic mirror transmits the light of the first wavelength band and the light of the second wavelength band to the optical axis It can be configured to reflect downward.

또한, 상기 결상 광학계는, 상기 제 1 다이크로익 미러와 대향하도록 배치되며, 상기 제 1 다이크로익 미러로부터 반사된 제 1 파장 대역의 광을 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 제 1 미러; 및 상기 제 2 다이크로익 미러와 대향하도록 배치되며, 상기 제 2 다이크로익 미러로부터 반사된 제 1 파장 대역의 광을 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 제 2 미러;를 더 포함할 수 있다.The imaging optical system may further include: a first mirror disposed to face the first dichroic mirror, the first mirror reflecting the light of the first wavelength band reflected from the first dichroic mirror toward the second image sensor; And a second mirror arranged to face the second dichroic mirror and reflect the light of the first wavelength band reflected from the second dichroic mirror toward the second image sensor.

일 실시예에서, 상기 제 1 미러와 제 2 미러의 반사면에는 영상 축소 기능을 갖는 반사형 회절 패턴이 형성될 수 있다.In one embodiment, a reflection type diffraction pattern having an image reduction function may be formed on the reflection surfaces of the first and second mirrors.

본 발명의 또 다른 유형에 따른 결상 광학계는, 하나의 공통 대물렌즈; 크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터; 및 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되는 것으로, 광출사면보다 넓은 면적의 광입사면을 갖는 광섬유 테이퍼;를 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, there is provided an imaging optical system comprising: a common objective lens; First and second image sensors having different sizes; A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 beam splitter provided to the image sensor; And an optical fiber taper disposed between the beam splitter and the second image sensor, the optical fiber taper having a light incident surface having a larger area than the light exit surface.

상기 결상 광학계는 상기 빔스플리터와 상기 광섬유 테이퍼 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 더 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The imaging optical system may further include at least one optical element disposed between the beam splitter and the optical fiber taper and configured to reduce an image incident on the second image sensor, wherein the at least one optical element includes a Fresnel lens And a diffractive optical element.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터로부터 오는 광을 평행광으로 바꾸는 프레넬 렌즈를 포함하며, 상기 광섬유 테이퍼는 상기 평행광을 상기 제 2 이미지 센서 상에 수렴시켜 영상을 축소하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the at least one optical element includes a Fresnel lens that converts light from the beam splitter into parallel light, the optical fiber taper converging the parallel light onto the second image sensor to reduce .

다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터로부터 오는 광을 평행광으로 바꾸는 프레넬 렌즈, 및 상기 평행광을 수렴시켜 영상을 축소시키는 회절광학소자를 포함하며, 상기 광섬유 테이퍼는 상기 회절광학소자에 의해 축소되는 영상을 추가적으로 축소하도록 구성될 수 있다.In another embodiment, the at least one optical element includes a Fresnel lens for converting light from the beam splitter into parallel light, and a diffractive optical element for converging the parallel light to reduce the image, And the image reduced by the diffractive optical element may be further reduced.

한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 3차원 영상 획득 장치는, 상술한 구조를 갖는 결상 광학계; 제 2 파장 대역의 광을 발생시켜 피사체에 조사하는 광원; 상기 제 1 이미지 센서의 출력 영상과 제 2 이미지 센서의 출력 영상을 이용하여 3D 영상을 생성하는 영상 신호 처리부; 및 상기 광원과 영상 신호 처리부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for acquiring a three-dimensional image comprising: an imaging optical system having the above-described structure; A light source for generating light in a second wavelength band and irradiating the object with light; An image signal processor for generating a 3D image using an output image of the first image sensor and an output image of the second image sensor; And a control unit for controlling operations of the light source and the image signal processing unit.

예를 들어, 상기 광원은 상기 제어부의 제어에 따라 소정의 주기와 파형을 갖는 제 2 파장 대역의 광을 피사체에 조사하도록 구성될 수 있다.For example, the light source may be configured to irradiate the subject with light of a second wavelength band having a predetermined period and a waveform under the control of the control unit.

예를 들어, 상기 제 1 파장 대역의 광은 가시광이고 제 2 파장 대역의 광은 적외선 영역의 광이며, 상기 제 1 이미지 센서는 각 화소별로 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 성분을 갖는 컬러 영상을 생성하고, 상기 제 2 이미지 센서는 상기 3차원 영상 획득 장치와 피사체 사이의 거리에 관한 깊이 영상을 생성할 수 있다.For example, the light in the first wavelength band is visible light and the light in the second wavelength band is light in the infrared region, and the first image sensor has red (R), green (G), and blue (B) And the second image sensor may generate a depth image relating to the distance between the 3D image acquisition device and the subject.

일 실시예에서, 상기 영상 신호 처리부는 상기 제 2 이미지 센서로부터의 깊이 영상을 이용하여 상기 3차원 영상 획득 장치와 피사체 사이의 거리를 각각의 화소별로 계산하고, 그 계산 결과를 상기 제 1 이미지 센서로부터의 컬러 영상과 결합하여 최종적인 3D 영상을 생성할 수 있다.In one embodiment, the image signal processing unit calculates the distance between the 3D image acquisition apparatus and the subject by each pixel using the depth image from the second image sensor, and outputs the calculation result to the first image sensor So that a final 3D image can be generated.

개시된 결상 광학계의 실시예들에 따르면, 하나의 공통 대물렌즈를 사용하므로, 컬러 영상과 깊이 영상의 광축이 동일하여 컬러 영상과 깊이 영상 사이에 정합성이 향상될 수 있다. 또한, 크기가 서로 다른 두 이미지 센서를 사용할 수 있기 때문에, 다양한 조합의 이미지 센서 운용이 가능하다. 예를 들어, 컬러 영상은 고화소의 대면적 이미지 센서를 사용하고, 깊이 영상은 저화소의 소면적 및 고속 구동 이미지 센서를 사용할 수 있다. 깊이 영상용 이미지 센서는 컬러 영상용 이미지 센서에 비해 크기가 작은 저화소의 것을 사용할 수 있기 때문에, 원가의 절감이 가능하다.According to embodiments of the disclosed imaging optical system, since one common objective lens is used, the optical axes of the color image and the depth image are the same, so that the consistency between the color image and the depth image can be improved. In addition, since two image sensors of different sizes can be used, various combinations of image sensors can be operated. For example, a color image can be a large-area image sensor of a high-resolution pixel, and a low-pixel small area and a high-speed image sensor can be used as a depth image. Since the image sensor for depth image can use a pixel with a smaller size than the image sensor for color image, the cost can be reduced.

더욱이, 개시된 결상 광학계의 실시예들에 따르면, 박판형의 프레넬 렌즈 또는 회절광학소자를 사용하여 깊이 영상용 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소시키기 때문에, 결상 광학계의 크기를 줄일 수 있으며 대량 생산이 용이하다. 또한, 영상의 축소비를 향상시킬 수 있다.Further, according to the embodiments of the disclosed imaging optical system, since the image incident on the image sensor for depth image is reduced by using the thin plate type Fresnel lens or the diffractive optical element, the size of the imaging optical system can be reduced, Do. In addition, the reduction ratio of the image can be improved.

도 1은 일 실시예에 따른 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 구조를 예시적으로 보이는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학소자의 구조를 예시적으로 보이는 단면도와 평면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 구조를 예시적으로 보이는 개념도이다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 실시예의 변형예를 도시한다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 6a은 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 6b는 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 7a 및 7b는 각각 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 측면 및 정면 부분의 개념도이다.
도 7c는 도 7b에 도시된 실시예에 대한 변형예를 도시한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 9는 도 8에 도시된 광섬유 테이퍼(fiber optic taper; FOT)를 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating an example of a structure of an imaging optical system and a three-dimensional image acquiring apparatus including the same according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view and a plan view exemplarily showing the structure of the optical element shown in FIG. 1;
3 is a conceptual diagram illustrating an exemplary structure of an imaging optical system and a three-dimensional image acquisition apparatus including the same according to another embodiment of the present invention.
4A is a conceptual view schematically showing the structure of an imaging optical system according to another embodiment.
Fig. 4B shows a modification of the embodiment shown in Fig. 4A.
5 is a conceptual diagram schematically showing the structure of an imaging optical system according to still another embodiment.
6A is a conceptual diagram schematically showing the structure of an imaging optical system according to still another embodiment.
6B is a conceptual diagram schematically showing a structure of an imaging optical system according to another embodiment.
Figs. 7A and 7B are conceptual diagrams of side and front portions schematically showing the structure of an imaging optical system according to another embodiment, respectively.
Fig. 7C shows a modification to the embodiment shown in Fig. 7B.
8 is a conceptual diagram schematically showing the structure of an imaging optical system according to still another embodiment.
9 is a perspective view exemplarily showing a fiber optic taper (FOT) shown in FIG.
10 is a conceptual diagram schematically showing the structure of an imaging optical system according to another embodiment.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, an imaging optical system for a three-dimensional image acquiring apparatus and a three-dimensional image acquiring apparatus including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

도 1은 일 실시예에 따른 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 구조를 예시적으로 보이는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(100)는 소정의 파장을 갖는 조명광을 발생시키는 광원(101), 외부의 피사체(도시되지 않음)로부터 반사된 가시광과 조명광을 포커싱하는 대물렌즈(102), 상기 대물렌즈(102)에 의해 포커싱되는 가시광을 감지하여 컬러 영상을 생성하는 제 1 이미지 센서(103), 상기 대물렌즈(102)에 의해 포커싱되는 조명광을 감지하여 깊이 영상을 생성하기 위한 깊이 영상 모듈(110), 컬러 영상과 깊이 영상을 이용하여 3D 영상을 생성하는 영상 신호 처리부(104), 및 상기 광원(101), 제 1 이미지 센서(103), 깊이 영상 모듈(110) 및 영상 신호 처리부(104)들의 동작을 제어하는 제어부(107)를 포함할 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치(100)는 최종적인 3D 영상을 저장하기 위한 메모리(106)와 3D 영상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이 패널(105)을 더 포함할 수 있다.1 is a conceptual diagram illustrating an example of a structure of an imaging optical system and a three-dimensional image acquiring apparatus including the same according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a three-dimensional image acquisition apparatus 100 according to an exemplary embodiment includes a light source 101 for generating illumination light having a predetermined wavelength, a light source 101 for focusing visible light and illumination light reflected from an external subject (not shown) A first image sensor 103 for sensing a visible light focused by the objective lens 102 to generate a color image, a second image sensor 103 for detecting illumination light focused by the objective lens 102, A depth image module 110 for generating depth images, a video signal processor 104 for generating a 3D image using a color image and a depth image, and a light source 101, a first image sensor 103, a depth image module And a controller 107 for controlling operations of the image signal processor 110 and the image signal processor 104. The 3D image acquisition apparatus 100 may further include a memory 106 for storing the final 3D image and a display panel 105 for displaying the 3D image.

광원(101)은, 예를 들어, 안전을 위해 인간의 눈에는 보이지 않는 약 850nm의 근적외선(NIR) 파장을 갖는 조명광을 방출시킬 수 있는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)를 사용할 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것이며, 설계에 따라서는 적절한 다른 파장 대역의 조명광과 다른 종류의 광원을 사용할 수도 있다. 또한 광원(101)은 제어부(107)로부터 수신된 제어 신호에 따라 예를 들어 사인파, 램프파(ramp wave), 사각파 등과 같이 특수하게 정의된 파형을 갖는 조명광을 방출할 수 있다.The light source 101 may be a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) capable of emitting illumination light having a near infrared (NIR) wavelength of about 850 nm which is invisible to human eyes for safety . However, this is merely an example, and other kinds of light sources other than the illumination light of another wavelength band suitable for the design may be used. The light source 101 may emit illumination light having a specially defined waveform such as a sine wave, a ramp wave, a square wave or the like according to a control signal received from the control unit 107. [

또한, 깊이 영상 모듈(110)은 대물렌즈(102)에 의해 포커싱되는 가시광을 투과시켜 제 1 이미지 센서(103)에 제공하고 조명광을 반사시키는 빔스플리터(111), 상기 빔스플리터(111)에 의해 반사된 조명광을 감지하여 깊이 영상을 생성하는 제 2 이미지 센서(115), 상기 빔스플리터(111)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에 배치된 적어도 하나의 광학소자(112, 113), 및 상기 광학소자(112, 113)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에 배치되어 광시간비행법(TOF)에 따라 소정의 이득 파형으로 조명광을 변조하는 광 셔터(114)를 포함할 수 있다. 빔스플리터(111)의 표면에는 예를 들어 가시광선 영역의 광을 투과시키고 근적외선 영역의 광을 반사하는 파장분할 필터가 코팅될 수 있다. 도 1에서는 빔스플리터(111)가 가시광을 투과시키고 조명광을 반사하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 설계에 따라서는 빔스플리터(11)가 조명광을 투과시키고 가시광을 반사하는 것도 가능하다. 이하에서는 편의상, 빔스플리터(111)는 가시광을 투과시키고 조명광을 반사하는 것으로 설명한다.The depth image module 110 further includes a beam splitter 111 that transmits visible light focused by the objective lens 102 to the first image sensor 103 and reflects the illumination light, A second image sensor 115 for detecting the reflected illumination light to generate a depth image, at least one optical element 112, 113 disposed between the beam splitter 111 and the second image sensor 115, And an optical shutter 114 disposed between the optical elements 112 and 113 and the second image sensor 115 and modulating the illumination light with a predetermined gain waveform according to the optical time-of-flight method (TOF). The surface of the beam splitter 111 may be coated with, for example, a wavelength division filter that transmits light in a visible light region and reflects light in a near-infrared region. Although beam splitter 111 is shown in Figure 1 as transmitting visible light and reflecting illumination light, this is only exemplary. Depending on the design, it is also possible that the beam splitter 11 transmits the illumination light and reflects the visible light. Hereinafter, for convenience, the beam splitter 111 transmits visible light and reflects the illumination light.

도 1에 도시된 실시예에서, 대물렌즈(102), 제 1 이미지 센서(103), 빔스플리터(111), 광학소자(112, 113), 광 셔터(114) 및 제 2 이미지 센서(115)는 3차원 영상 획득 장치(100)의 결상 광학계를 구성한다. 도 1에는 편의상 간단하게 도시되어 있지만, 대물렌즈(102)는 다수의 렌즈군을 포함하는 줌 렌즈일 수 있다. 제 1 이미지 센서(103)와 제 2 이미지 센서(115)는 예컨대 CCD(charge-coupled device)나 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)와 같은 반도체 촬상 소자일 수 있다. 제 1 및 제 2 이미지 센서(103, 115)는 다수의 화소를 갖고 있으며, 각 화소별로 입사광의 광량을 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 일반적인 컬러 영상을 생성하기 위한 제 1 이미지 센서(103)는 깊이 정보만을 갖는 깊이 영상을 생성하기 위한 제 2 이미지 센서(115)보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 따라서, 제 2 이미지 센서(115)는 제 1 이미지 센서(103)에 비해 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 광 셔터(114)는 피사체에 대한 깊이 정보를 얻기 위해 일반적인 TOF 기술에 따라 소정의 이득 파형으로 조명광을 변조하는 역할을 한다. 예를 들어, 광 셔터(114)는 수십~수백 MHz의 초고속 구동이 가능한 GaAs 기반의 반도체 변조기일 수 있다.1, the objective lens 102, the first image sensor 103, the beam splitter 111, the optical elements 112 and 113, the optical shutter 114, and the second image sensor 115, Dimensional image capturing apparatus 100 constitute an imaging optical system. 1, the objective lens 102 may be a zoom lens including a plurality of lens groups. The first image sensor 103 and the second image sensor 115 may be a semiconductor image pickup device such as a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). The first and second image sensors 103 and 115 have a plurality of pixels, and convert the light amount of incident light into electrical signals for each pixel and output the electrical signals. The first image sensor 103 for generating a general color image may have a higher resolution than the second image sensor 115 for generating a depth image having only depth information. Thus, the second image sensor 115 may have a smaller size than the first image sensor 103. [ In addition, the optical shutter 114 serves to modulate the illumination light with a predetermined gain waveform according to a general TOF technique to obtain depth information on the object. For example, the optical shutter 114 may be a GaAs-based semiconductor modulator capable of driving at a very high speed of several tens to several hundreds of MHz.

제 1 이미지 센서(103)와 제 2 이미지 센서(115)의 크기가 다를 경우, 제 1 이미지 센서(103)에 의해 생성되는 컬러 영상과 제 2 이미지 센서(115)에 의해 생성되는 깊이 영상 사이에 시야각(field of view)의 불일치가 발생할 수 있다. 즉, 크기가 큰 제 1 이미지 센서(103)는 넓은 시야각을 갖는 컬러 영상을 생성하지만, 제 2 이미지 센서(115)는 상대적으로 좁은 시야각을 갖는 깊이 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 제 1 이미지 센서(103)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에 시야각을 일치시키기 위하여, 영상을 축소하는 기능을 갖는(즉, 배율이 1보다 작은) 축소 광학계를 빔스플리터(111)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에 더 배치할 수 있다. 그러면 제 2 이미지 센서(115)에는 축소 광학계에 의해 축소된 영상이 입사하기 때문에, 그만큼 제 2 이미지 센서(115)에 의해 생성되는 깊이 영상의 시야각이 넓어질 수 있다. 도 1에 도시된 적어도 하나의 광학소자(112, 113)는 이러한 축소 광학계의 역할을 하기 위한 것이다.When the size of the first image sensor 103 and the size of the second image sensor 115 are different from each other, a difference between the color image generated by the first image sensor 103 and the depth image generated by the second image sensor 115 A discrepancy in the field of view may occur. That is, although the first image sensor 103 having a large size produces a color image having a wide viewing angle, the second image sensor 115 can generate a depth image having a relatively narrow viewing angle. Therefore, in order to match the viewing angles between the first image sensor 103 and the second image sensor 115, a reduction optical system having a function of reducing the image (that is, a magnification smaller than 1) is connected to the beam splitter 111 And further disposed between the second image sensor 115. Since the image reduced by the reduction optical system is incident on the second image sensor 115, the viewing angle of the depth image generated by the second image sensor 115 can be increased accordingly. The at least one optical element 112, 113 shown in Fig. 1 is intended to serve as such a reduction optical system.

축소 광학계가 일반적인 굴절렌즈(즉, 볼록렌즈 또는 오목렌즈)들의 조합으로 이루어질 경우, 결상 광학계 및 3차원 영상 획득 장치(100)의 부피와 무게가 증가할 수 있고, 또한 이로 인하여 제조 비용이 상승할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 축소 광학계의 역할을 하는 적어도 하나의 광학소자(112, 113)는 박판형의 광학소자, 예컨대 프레넬 렌즈나 회절광학소자(Diffractive Optical Element)로 이루어질 수 있다. 도 1에는 예시적으로 적어도 하나의 광학소자(112, 113)가 프레넬 렌즈인 경우가 도시되어 있다.When the reduction optical system is made of a combination of a general refractive lens (i.e., a convex lens or a concave lens), the volume and weight of the imaging optical system and the three-dimensional image acquisition device 100 may increase, . Therefore, according to the present embodiment, at least one optical element 112, 113 serving as a reduction optical system can be made of a thin plate-like optical element, such as a Fresnel lens or a diffractive optical element. FIG. 1 illustrates an example in which at least one optical element 112, 113 is a Fresnel lens.

도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈는 빛을 굴절시키기 위한 다수의 곡면들이 일련의 동심원들의 형태로 평면상에 배치된 것으로, 일반적인 볼록렌즈나 오목렌즈에 비해 두께와 무게를 크게 줄일 수 있고, 초점 거리를 매우 짧게 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 축소 광학계의 광학소자(112, 113)로서 프레넬 렌즈를 사용함으로써, 빔스플리터(111)와 제 2 이미지 센서(115) 사이의 거리를 크게 줄일 수 있다. 그 결과, 3차원 영상 획득 장치(100)의 크기와 무게를 줄이는 것이 가능하며, 제조 비용도 절감할 수 있다.As shown in FIG. 2, the Fresnel lens has a plurality of curved surfaces for refracting light arranged on a plane in the form of a series of concentric circles, and has a larger thickness and weight than a general convex lens or a concave lens. And it is possible to form the focal length very short. Therefore, by using a Fresnel lens as the optical elements 112 and 113 of the reduction optical system, the distance between the beam splitter 111 and the second image sensor 115 can be greatly reduced. As a result, it is possible to reduce the size and weight of the 3D image acquisition apparatus 100, and to reduce the manufacturing cost.

도 1에는 예시적으로 프레넬 렌즈로 구성된 2개의 광학소자(112, 113)가 빔스플리터(111)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)와 프레넬 렌즈로 구성된 제 2 광학소자(113)가 모두 영상을 축소시키는 역할을 할 수 있다. 또는 그 대신에, 제 1 광학소자(112)는 빔스플리터(111)로부터 반사된 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 소자의 역할을 하고, 제 2 광학소자(113)는 평행광을 제 2 이미지 센서(115) 상에 수렴시켜 영상을 축소하는 역할을 할 수도 있다. 또한 설계에 따라서는, 단지 하나의 프레넬 렌즈만이 사용될 수도 있으며, 또는 수차가 보상된 정교한 상을 얻기 위하여 3개 이상의 프레넬 렌즈가 사용될 수도 있다.In FIG. 1, two optical elements 112 and 113, which are illustratively made up of Fresnel lenses, are shown disposed between the beam splitter 111 and the second image sensor 115. For example, both the first optical element 112 composed of a Fresnel lens and the second optical element 113 composed of a Fresnel lens can both serve to reduce the image. Alternatively, the first optical element 112 serves as a collimating element for converting the light reflected from the beam splitter 111 into parallel light, and the second optical element 113 serves as a collimating element for converting the parallel light into the parallel light. And converge on the image plane 115 to reduce the image. Also, depending on the design, only one Fresnel lens may be used, or three or more Fresnel lenses may be used to obtain a sophisticated image with aberration compensated.

이하, 상술한 3차원 영상 획득 장치(100)의 동작에 대해 간단히 설명한다. 먼저, 제어부(107)의 제어에 따라 광원(101)이 예를 들어 적외선의 조명광을 피사체에 조사한다. 예컨대, 광시간비행법(TOF)에 따라, 광원(101)은 소정의 주기와 파형을 갖는 광을 피사체에 조사할 수 있다. 그런 후, 피사체에 의해 반사된 적외선 조명광은 대물렌즈(102)에 의해 포커싱된다. 이와 동시에, 피사체로부터 반사된 일반적인 가시광도 대물렌즈(102)에 의해 함께 포커싱된다. 대물렌즈(102)에 의해 포커싱되는 광 중에서, 가시광은 빔스플리터(111)를 통과하여 제 1 이미지 센서(103)에 입사한다. 제 1 이미지 센서(103)는 일반적인 카메라의 촬상 소자와 마찬가지로 각 화소별로 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 성분을 갖는 컬러 영상을 생성할 수 있다.Hereinafter, the operation of the above-described three-dimensional image acquisition apparatus 100 will be briefly described. First, under control of the control unit 107, the light source 101 irradiates the subject with, for example, infrared light. For example, according to the optical time-of-flight method (TOF), the light source 101 can irradiate the subject with light having a predetermined period and waveform. Then, the infrared illumination light reflected by the subject is focused by the objective lens 102. [ At the same time, general visible light reflected from the subject is also focused by the objective lens 102. [ Of the light focused by the objective lens 102, the visible light passes through the beam splitter 111 and is incident on the first image sensor 103. The first image sensor 103 can generate a color image having red (R), green (G), and blue (B) components for each pixel in the same manner as an image pickup device of a general camera.

한편, 대물렌즈(102)에 의해 포커싱되는 광 중에서, 적외선의 조명광은 빔스플리터(111)에 의해 반사된 후, 광학소자(112, 113)에 입사한다. 앞서 설명한 바와 같이, 광학소자(112, 113)는 조명광을 제 2 이미지 센서(115) 상에 수렴시켜 영상을 축소시키는 역할을 한다. 영상의 축소 배율은 예를 들어 제 1 이미지 센서(103)와 제 2 이미지 센서(115)의 크기의 비에 따라 결정될 수 있다. 광학소자(112, 113)에 의해 수렴된 조명광은 광 셔터(114)에 의해 변조된 후, 제 2 이미지 센서(115)에 입사한다. 광 셔터(114)는 광시간비행법(TOF)에 따라 조명광의 주기와 동일한 주기를 갖는 소정의 이득 파형으로 조명광을 변조할 수 있다.On the other hand, among the light focused by the objective lens 102, the infrared illumination light is reflected by the beam splitter 111, and then enters the optical elements 112 and 113. As described above, the optical elements 112 and 113 serve to converge the illumination light onto the second image sensor 115 to reduce the image. The reduction magnification of the image can be determined, for example, according to the ratio of the sizes of the first image sensor 103 and the second image sensor 115. [ The illumination light converged by the optical elements 112 and 113 is modulated by the optical shutter 114 and is then incident on the second image sensor 115. [ The optical shutter 114 may modulate the illumination light with a predetermined gain waveform having the same period as the period of the illumination light according to the optical time-of-flight (TOF) method.

제 2 이미지 센서(115)는 변조된 조명광의 광량을 각 화소별로 전기적 신호로 변환하여 깊이 영상을 생성한다. 그런 후, 제 2 이미지 센서(115)로부터 출력된 깊이 영상은 영상 신호 처리부(104)에 입력될 수 있다. 영상 신호 처리부(104)는 제 2 이미지 센서(115)로부터의 깊이 영상을 이용하여 피사체와 3차원 영상 획득 장치(100) 사이의 거리를 각각의 화소별로 계산하고, 그 계산 결과를 제 1 이미지 센서(103)로부터의 컬러 영상과 결합하여 최종적인 3D 영상을 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 3D 영상은 예컨대 메모리(106)에 저장되거나 디스플레이 패널(105)에 표시될 수 있다.The second image sensor 115 converts the light amount of the modulated illumination light into an electrical signal for each pixel to generate a depth image. Then, the depth image output from the second image sensor 115 may be input to the image signal processing unit 104. The image signal processing unit 104 calculates the distance between the subject and the 3D image capturing apparatus 100 for each pixel using the depth image from the second image sensor 115, Can be combined with the color image from the color image processor 103 to generate the final 3D image. The 3D image thus generated can be stored in the memory 106 or displayed on the display panel 105, for example.

도 1에 도시된 실시예에서, 2개의 광학소자(112, 113)는 모두 프레넬 렌즈로 구성되었다. 그러나, 축소 광학계를 형성하기 위한 광학소자 중에서 일부는 프레넬 렌즈 대신에 회절광학소자(Diffractive Optical Element; DOE)로 구성될 수도 있다. 도 3은 회절광학소자를 포함하는 다른 실시예에 따른 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 구조를 예시적으로 보이는 개념도이다.In the embodiment shown in Fig. 1, the two optical elements 112 and 113 are all composed of a Fresnel lens. However, a part of the optical elements for forming the reduction optical system may be composed of a diffractive optical element (DOE) instead of the Fresnel lens. 3 is a conceptual diagram illustrating a structure of an imaging optical system according to another embodiment including a diffractive optical element and a three-dimensional image acquisition device including the same.

도 3을 참조하면, 3차원 영상 획득 장치(100')는 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)와 회절광학소자로 구성된 제 3 광학소자(116)를 포함하는 축소 광학계를 빔스플리터(111)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에서 포함할 수 있다. 회절광학소자는 프레넬 렌즈와 유사하게 평면 상에 배치된 다수의 동심원 패턴을 갖지만, 각각의 동심원 패턴은 빛을 굴절시키는 곡면 형태가 아니라 빛을 회절시키는 격자 패턴의 형태를 갖는다. 회절광학소자는 동심원으로 배열된 다수의 격자 패턴들의 형태에 따라 빛을 강하게 수렴시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈와 마찬가지로 매우 얇고 가볍게 제작할 수 있다.3, a three-dimensional image acquisition apparatus 100 'includes a reduction optical system including a first optical element 112 composed of a Fresnel lens and a third optical element 116 composed of a diffractive optical element, 111) and the second image sensor 115. [0033] The diffractive optical element has a plurality of concentric circular patterns arranged on a plane similar to a Fresnel lens, but each concentric circular pattern has a form of a lattice pattern that diffracts light, not a curved shape that refracts light. The diffractive optical element can act to strongly converge light according to the shape of a plurality of grid patterns arranged in a concentric circle. In addition, it can be made very thin and light as the Fresnel lens.

도 3에 도시된 실시예에서, 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)는 빔스플리터(111)로부터 반사된 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 소자의 역할을 하고, 회절광학소자로 구성된 제 3 광학소자(116)는 평행광을 제 2 이미지 센서(115) 상에 수렴시켜 영상을 축소하는 역할을 할 수도 있다. 이를 위해, 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)는 대물렌즈(102)의 초점면 배치될 수 있다. 발산하는 광을 직접 수렴시키지 않고, 일단 평행광으로 만든 다음 수렴시키기 때문에 영상의 중심부와 주변부의 편차를 줄일 수 있다. 도 3에는 예시적으로, 단지 2개의 광학소자(112, 116)만으로 구성된 축소 광학계가 도시되어 있으나, 설계에 따라서는 다수의 프레넬 렌즈와 회절광학소자가 3개 이상 조합된 축소 광학계가 사용될 수도 있다. 도 3에 도시된 3차원 영상 획득 장치(100')의 나머지 구성 및 기능은 도 1에 도시된 3차원 영상 획득 장치(100)의 구성 및 기능과 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.In the embodiment shown in FIG. 3, the first optical element 112 composed of a Fresnel lens serves as a collimating element for converting the light reflected from the beam splitter 111 into parallel light, 3 optical element 116 may serve to converge the parallel light onto the second image sensor 115 to reduce the image. To this end, the first optical element 112 composed of a Fresnel lens can be arranged on the focal plane of the objective lens 102. [ Since the divergent light is not directly converged but is once converted into parallel light and then converged, the deviation between the central portion and the peripheral portion of the image can be reduced. 3 shows an example of a reduction optical system composed of only two optical elements 112 and 116. However, depending on the design, a reduction optical system in which a plurality of Fresnel lenses and three or more diffractive optical elements are combined may be used have. The remaining configuration and functions of the 3D image acquisition apparatus 100 'shown in FIG. 3 are the same as the configurations and functions of the 3D image acquisition apparatus 100 shown in FIG. 1, and a detailed description thereof will be omitted.

도 4a는 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다. 도 1 및 도 3에 도시된 실시예에서, 빔스플리터(111)는 평평한 표면 상에 파장분할 필터가 코팅된 것이다. 통상적으로, 이러한 빔스플리터(111)는 대물렌즈(102)의 광축에 대해 약 45도 경사지게 배치되어 있으며, 따라서 투과된 영상과 반사된 영상이 동일한 크기를 갖는다. 그러나, 도 4a에 도시된 실시예의 경우, 광축에 대해 45도보다 더 큰 각도, 예를 들어 약 60도의 각도로 경사지게 배치된 빔스플리터(117)가 사용될 수 있다. 이렇게 빔스플리터(117)를 45도보다 더 큰 각도로 배치함으로써, 축소 광학계의 폭을 더 줄이는 것이 가능하다. 축소 광학계의 폭이 줄어듦으로써, 대물렌즈(102)와 제 1 이미지 센서(103) 사이의 거리를 줄일 수 있으며, 결과적으로 3차원 영상 획득 장치(100, 100')의 폭도 줄일 수 있다. 또한, 45도보다 큰 각도로 기울어진 빔스플리터(117)를 사용할 경우, 제 2 이미지 센서(115)에 입사하는 영상이 빔스플리터(117)에 의해 축소되는 효과도 얻을 수 있다. 따라서, 도 4a에 도시된 실시예에서는 광학 솨(112, 116)가 생략될 수도 있다.4A is a conceptual view schematically showing the structure of an imaging optical system according to another embodiment. In the embodiment shown in Figs. 1 and 3, the beam splitter 111 is coated with a wavelength division filter on a flat surface. Typically, such a beam splitter 111 is disposed at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the objective lens 102, so that the transmitted image and the reflected image have the same size. However, in the case of the embodiment shown in FIG. 4A, a beam splitter 117 arranged at an angle greater than 45 degrees with respect to the optical axis, for example, at an angle of about 60 degrees, may be used. By thus arranging the beam splitter 117 at an angle larger than 45 degrees, it is possible to further reduce the width of the reduction optical system. By reducing the width of the reduction optical system, the distance between the objective lens 102 and the first image sensor 103 can be reduced, and as a result, the width of the three-dimensional image acquisition apparatuses 100 and 100 'can be reduced. In addition, when the beam splitter 117 inclined at an angle larger than 45 degrees is used, an effect of reducing the image incident on the second image sensor 115 by the beam splitter 117 can be obtained. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 4A, the optical fibers 112 and 116 may be omitted.

45도보다 큰 각도로 경사진 빔스플리터(117)에 의해 투과된 영상이 제 1 이미지 센서(103)를 향해 진행하고 반사된 영상이 제 2 이미지 센서(115)를 향해 진행하도록, 도 4a에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(117)의 광입사면에는 광축에 대해 약 45도로 경사진 다수의 미세한 경사면(117a)들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 빔스플리터(117)가 광축에 대해 약 60도로 기울어져 있다면, 상기 다수의 미세한 경사면(117a)들은 빔스플리터(117)의 광입사면에 대해 약 15도 정도 경사지게 배치될 수 있다. 그러면, 경사면(117a)들은 광축에 대해 약 45도의 경사 각도를 유지할 수 있다. 경사면(117a)들의 표면에는, 도 1 및 도 3에 도시된 빔스플리터(111)와 마찬가지로, 가시광선 영역의 광을 투과시키고 근적외선 영역의 광을 반사하는 파장분할 필터가 코팅될 수 있다.So that the image transmitted by the beam splitter 117 inclined at an angle larger than 45 degrees advances toward the first image sensor 103 and the reflected image advances toward the second image sensor 115, As described above, the light incident surface of the beam splitter 117 may be formed with a plurality of fine slopes 117a inclined at about 45 degrees with respect to the optical axis. For example, if the beam splitter 117 is inclined at about 60 degrees with respect to the optical axis, the plurality of fine slopes 117a may be inclined about 15 degrees with respect to the light incident surface of the beam splitter 117. [ Then, the inclined surfaces 117a can maintain an inclination angle of about 45 degrees with respect to the optical axis. Like the beam splitter 111 shown in Figs. 1 and 3, the surface of the slopes 117a can be coated with a wavelength division filter that transmits light in a visible light region and reflects light in a near-infrared region.

한편, 빔스플리터(117)를 투과한 광이 상기 다수의 미세한 경사면(117a)로 인하여 왜곡되는 것을 방지하기 위하여, 빔스플리터(117)의 광출사면에도 미세한 경사면(117b)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 빔스플리터(117)의 광출사면에 형성된 경사면(117b)은 빔스플리터(117)의 광입사면에 형성된 경사면(117a)과 상보적인 형태를 가질 수 있다. 따라서, 빔스플리터(117)의 광출사면에 형성된 경사면(117b)과 빔스플리터(117)의 광입사면에 형성된 경사면(117a)은 서로 평행할 수 있다.In order to prevent the light transmitted through the beam splitter 117 from being distorted due to the plurality of fine slopes 117a, a fine slope 117b may be formed on the light output surface of the beam splitter 117. [ For example, the inclined surface 117b formed on the light output surface of the beam splitter 117 may have a shape complementary to the inclined surface 117a formed on the light incident surface of the beam splitter 117. [ The inclined surface 117b formed on the light output surface of the beam splitter 117 and the inclined surface 117a formed on the light incident surface of the beam splitter 117 can be parallel to each other.

상술한 빔스플리터(117)의 구조에서, 어느 한 경사면(117a)에 의해 반사되는 광 중에서 일부는 인접한 다른 경사면(117a)에 의해 가려질 수도 있다. 그러나, 빔스플리터(117)는 비결상 위치, 즉 대물렌즈(102)의 비초점 평면(non-focal plane) 상에 배치되기 때문에, 제 2 이미지 센서(115) 상에 포커싱되는 최종적인 영상은 상기 다수의 경사면(117a)들의 어레이로 인한 영향을 거의 받지 않을 수 있다. 또한, 다수의 경사면(117a)들을 충분히 작게 형성하는 경우에는 경사면(117a)들 사이에 발생하는 광학적 간섭을 최소화하여 매끄러운 반사 영상을 얻을 수 있다.In the above-described structure of the beam splitter 117, a part of the light reflected by one of the slanted faces 117a may be covered by another adjacent slanted face 117a. However, since the beam splitter 117 is disposed in the non-image position, i.e., on the non-focal plane of the objective lens 102, the final image focused on the second image sensor 115 is It may be hardly affected by the array of the plurality of inclined surfaces 117a. In addition, when the plurality of inclined surfaces 117a are formed sufficiently small, the optical interference occurring between the inclined surfaces 117a can be minimized to obtain a smooth reflected image.

도 4a에서 빔스플리터(117)를 제외한 결상 광학계의 나머지 구성은 도 1 또는 도 3에 도시된 결상 광학계의 구성과 동일할 수 있다. 예를 들어, 빔스플리터(117)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에는 프레넬 렌즈로 구성된 광학소자(112, 113)가 배치되거나, 또는 프레넬 렌즈와 회절광학소자로 구성된 광학소자(112, 116)가 배치될 수 있다. 그러나, 45도보다 큰 각도로 기울어진 빔스플리터(117)에 의해 영상이 축소되는 효과도 있기 때문에, 도 4a에 도시된 실시예에서는 광학 소자(112, 116)가 생략될 수도 있다. 도 4a에는 프레넬 렌즈와 회절광학소자로 구성된 광학소자(112, 116)가 편의상 도시되어 있으나, 이는 단지 하나의 예일 뿐이다.The remaining configuration of the imaging optical system excluding the beam splitter 117 in Fig. 4A may be the same as that of the imaging optical system shown in Fig. 1 or Fig. For example, optical elements 112 and 113 composed of Fresnel lenses are disposed between the beam splitter 117 and the second image sensor 115, or optical elements 112 and 113 composed of a Fresnel lens and a diffractive optical element, 116 may be disposed. However, the optical elements 112 and 116 may be omitted in the embodiment shown in FIG. 4A because there is also an effect that the image is shrunk by the beam splitter 117 inclined at an angle larger than 45 degrees. In Fig. 4A, optical elements 112 and 116 composed of a Fresnel lens and a diffractive optical element are shown for convenience, but this is only one example.

또한, 파장분할 필터가 코팅된 경사면(117a)들의 어레이가 배치된 상기 빔스플리터(117) 대신에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 파장분할 기능과 영상 축소 기능을 갖는 반사형 회절 패턴(117c)이 형성된 빔스플리터(117')를 사용할 수도 있다. 이러한 반사형 회절 패턴(117c)은 파장분할 필터가 코팅된 경사면(117a)들의 어레이와 동일한 기능을 수행할 수 있으며, 또한 다른 광학소자(112, 116)들과 함께 추가적으로 영상을 축소하는 데 기여할 수 있다. 예를 들어, 반사형 회절 패턴(117c)은 반사각이 대물렌즈(102)의 광축에 대해 균일하게 45도가 되도록 형성될 수 있다. 또한, 빔스플리터(117')를 투과하는 영상의 왜곡을 방지하기 위하여, 상기 빔스플리터(117')의 광출사면에도 반사형 회절 패턴(117c)과 상보적인 형태의 회절 패턴(117d)이 형성될 수 있다. 이러한 반사형 회절 패턴(117c, 117d)은, 빔스플리터(117')가 기울어진 각도, 투과하고자 하는 광의 파장 대역, 반사하고자 하는 광의 파장 대역, 빔스플리터(117')의 크기 등에 따라 매우 다양한 형태로 설계될 수 있다.4B, a reflection type diffraction pattern 117c having a wavelength division function and an image reduction function is provided instead of the beam splitter 117 in which the array of the slopes 117a coated with the wavelength division filter is disposed, A beam splitter 117 'may be used. This reflection type diffraction pattern 117c can perform the same function as the array of the slopes 117a coated with the wavelength division filter and can also contribute to shrink the image additionally with other optical elements 112 and 116 have. For example, the reflection type diffraction pattern 117c may be formed such that the reflection angle is uniformly 45 degrees with respect to the optical axis of the objective lens 102. [ In order to prevent distortion of the image transmitted through the beam splitter 117 ', a diffraction pattern 117d of a complementary shape to the reflection type diffraction pattern 117c is formed on the light output surface of the beam splitter 117' . The reflection type diffraction patterns 117c and 117d may have various shapes depending on an angle at which the beam splitter 117 'is inclined, a wavelength band of light to be transmitted, a wavelength band of light to be reflected, a size of the beam splitter 117' . ≪ / RTI >

도 5는 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다. 도 1, 도 3 및 도 4a에 도시된 빔스플리터(111, 117)는 모두 평판형이었으나, 도 5에 도시된 결상 광학계는 파장분할 필터가 코팅된 오목한 반사면을 갖는 빔스플리터(118)를 포함한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(118)의 광입사면은 오목면이다. 오목한 반사면은 빛을 수렴시키는 역할을 하기 때문에, 빔스플리터(118)는 제 2 이미지 센서(115)에 입사하는 영상의 축소에 추가적으로 기여할 수 있다. 또한, 오목한 반사면을 갖는 빔스플리터(118)를 사용함으로써 축소 광학계의 폭도 줄이는 것이 가능하다.5 is a conceptual diagram schematically showing the structure of an imaging optical system according to still another embodiment. Although the beam splitters 111 and 117 shown in Figs. 1, 3 and 4A are all plate type, the imaging optical system shown in Fig. 5 includes a beam splitter 118 having a concave reflecting surface coated with a wavelength division filter do. That is, as shown in Fig. 5, the light incident surface of the beam splitter 118 is a concave surface. Since the concave reflecting surface serves to converge the light, the beam splitter 118 can additionally contribute to the reduction of the image incident on the second image sensor 115. Further, by using the beam splitter 118 having a concave reflecting surface, it is possible to reduce the width of the reduction optical system.

또한, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(118)의 오목한 반사면으로 인해 발생하는 영상의 왜곡을 보상하기 위하여, 빔스플리터(118)와 제 1 광학소자(112) 사이에 볼록한 반사면을 갖는 볼록 미러(118a)가 추가적으로 배치될 수 있다. 예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(118)에 의해 반사된 영상은 볼록 미러(118a)에 의해 먼저 반사된 후, 다시 평면 미러(119)에 의해 제 2 이미지 센서(115)를 향해 반사될 수 있다. 또는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(118)에 의해 반사된 영상은 평면 미러(119)에 의해 먼저 반사된 후, 볼록 미러(118a)에 의해 제 2 이미지 센서(115)를 향해 반사될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예의 경우, 도 5에 도시된 실시예와 달리, 빔스플리터(118)에서 반사된 영상이 직접 제 2 이미지 센서(115)를 향해 진행될 필요가 없다. 따라서, 빔스플리터(118)를 더욱 경사지게 배치하는 것도 가능하다. 또한, 오목한 반사면을 갖는 빔스플리터(118)가 영상을 축소할 수 있기 때문에, 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예에서는 광학 소자(112, 116)가 생략될 수도 있다.6A and 6B, in order to compensate for the distortion of the image caused by the concave reflecting surface of the beam splitter 118, the beam splitter 118 and the first optical element 112 are convex A convex mirror 118a having a reflective surface may be additionally disposed. 6A, the image reflected by the beam splitter 118 is reflected first by the convex mirror 118a and then again by the plane mirror 119 toward the second image sensor 115 Can be reflected. 6B, the image reflected by the beam splitter 118 is first reflected by the plane mirror 119, and then reflected by the convex mirror 118a toward the second image sensor 115 . In the case of the embodiment shown in Figs. 6A and 6B, unlike the embodiment shown in Fig. 5, the image reflected by the beam splitter 118 need not proceed directly toward the second image sensor 115. [ Therefore, the beam splitter 118 can be further inclined. Also, since the beam splitter 118 having a concave reflecting surface can shrink the image, the optical elements 112 and 116 may be omitted in the embodiment shown in Figs. 6A and 6B.

또한, 축소 광학계의 폭을 더욱 줄이기 위하여, 단일한 한 장의 평판 빔스플리터가 아니라 절곡되어 배치된 다수의 빔스플리터를 사용하는 것도 가능하다. 도 7a 및 7b는 각각 이러한 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 측면 및 정면 부분의 개념도이다.Further, in order to further reduce the width of the reduction optical system, it is also possible to use a plurality of bent beam splitters instead of a single flat beam splitter. Figs. 7A and 7B are conceptual diagrams of side and front portions schematically showing the structure of the imaging optical system according to this embodiment. Fig.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 대물렌즈(102)와 제 1 이미지 센서(103) 사이에 배치된 빔스플리터(120)는 상기 대물렌즈(102)의 광축을 중심으로 위쪽과 아래쪽에 각각 배치된 제 1 다이크로익 미러(dichroic mirror)(120a)와 제 2 다이크로익 미러(120b)를 포함할 수 있다. 도 7a의 측면도에 도시된 바와 같이, 제 1 다이크로익 미러(120a)와 제 2 다이크로익 미러(120b)는 광축 상에서 일단이 서로 접하고 있으며, 서로에 대해 소정의 각도로 절곡되어 있다. 예를 들어, 광축의 위쪽에 배치된 제 1 다이크로익 미러(120a)는 가시광을 투과시키며, 적외선의 조명광을 광축의 위쪽으로 반사한다. 또한, 광축의 아래쪽에 배치된 제 1 다이크로익 미러(120b)는 가시광을 투과시키며, 적외선의 조명광을 광축의 아래쪽으로 반사한다. 따라서, 대물렌즈(102)에 의해 포커싱되는 가시광의 영상은 빔스플리터(120)를 통과하여 제 1 이미지 센서(103)에 도달할 수 있다.7A and 7B, a beam splitter 120 disposed between the objective lens 102 and the first image sensor 103 is disposed above and below the optical axis of the objective lens 102 The first dichroic mirror 120a and the second dichroic mirror 120b may include a first dichroic mirror 120a and a second dichroic mirror 120b. As shown in the side view of FIG. 7A, the first dichroic mirror 120a and the second dichroic mirror 120b are in contact with each other on the optical axis, and are bent at a predetermined angle with respect to each other. For example, the first dichroic mirror 120a disposed above the optical axis transmits visible light, and reflects the illumination light of infrared rays upward of the optical axis. Further, the first dichroic mirror 120b disposed below the optical axis transmits visible light, and reflects the infrared illumination light to the lower side of the optical axis. Therefore, the image of the visible light focused by the objective lens 102 can reach the first image sensor 103 through the beam splitter 120. [

제 1 다이크로익 미러(120a)와 제 2 다이크로익 미러(120b)에 의해 위쪽과 아래쪽으로 분할되어 반사된 적외선 영상을 제 2 이미지 센서(115)에 제공하기 위하여, 결상 광학계는 제 1 다이크로익 미러(120a)와 대향하는 제 1 미러(121a) 및 제 2 다이크로익 미러(120b)와 대향하는 제 2 미러(121b)를 더 포함할 수 있다. 도 7b의 정면도를 참조하면, 제 1 미러(121a)는 제 1 다이크로익 미러(120a)에 의해 위쪽으로 반사된 영상을 제 2 이미지 센서(115)를 향해 반사하며, 제 2 미러(121b)는 제 2 다이크로익 미러(120b)에 의해 아래쪽으로 반사된 영상을 제 2 이미지 센서(115)를 향해 반사할 수 있다. 따라서, 제 1 다이크로익 미러(120a)와 제 2 다이크로익 미러(120b)에 의해 2개로 분할된 적외선 영상은 제 1 미러(121a)와 제 2 미러(121b)에 의해 제 2 이미지 센서(115)에서 다시 결합될 수 있다. 이를 위해, 제 2 이미지 센서(115)가 빔스플리터(111, 117, 118)의 아래쪽에 배치되는 앞선 실시예들과 달리, 도 7a 및 도 7b에 도시된 실시예의 경우에는 제 2 이미지 센서(115)가 빔스플리터(120)의 측면에 배치될 수 있다.In order to provide the reflected infrared image to the second image sensor 115 by being divided upward and downward by the first dichroic mirror 120a and the second dichroic mirror 120b, And may further include a first mirror 121a opposed to the roky mirror 120a and a second mirror 121b opposed to the second dichroic mirror 120b. 7B, the first mirror 121a reflects an image upwardly reflected by the first dichroic mirror 120a toward the second image sensor 115, and the second mirror 121b reflects the image reflected upward by the first dichroic mirror 120a toward the second image sensor 115, Can reflect the image reflected downward by the second dichroic mirror 120b toward the second image sensor 115. [ Therefore, the infrared image divided into two by the first dichroic mirror 120a and the second dichroic mirror 120b is reflected by the first mirror 121a and the second mirror 121b by the second image sensor 115). ≪ / RTI > Unlike the previous embodiments in which the second image sensor 115 is disposed below the beam splitters 111, 117 and 118, in the case of the embodiment shown in FIGS. 7A and 7B, the second image sensor 115 May be disposed on the side surface of the beam splitter 120.

이와 같이, 절곡된 구조의 빔스플리터(120)를 사용함으로써, 단일한 한 장의 평판 빔스플리터를 사용하는 경우에 비하여 축소 광학계의 폭을 약 1/2 정도로 줄일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 다이크로익 미러(120a, 120b) 대신에, 도 4a에 도시된 다수의 미세한 경사면(117a)들을 갖는 빔스플리터(117)를 각각 사용하여, 축소 광학계의 폭을 더욱 줄일 수도 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 실시예의 경우에도, 제 1 및 제 2 다이크로익 미러(120a, 120b)와 미러(121a, 121b)에 의해 영상이 축소될 수 있기 때문에, 광학 소자(112, 116)가 생략될 수도 있다.By using the bent beam splitter 120 in this way, the width of the reduction optical system can be reduced to about 1/2 as compared with the case of using a single flat beam splitter. In addition, instead of the first and second dichroic mirrors 120a and 120b, a beam splitter 117 having a plurality of fine slopes 117a shown in FIG. 4A is used to further reduce the width of the reduction optical system It is possible. 7A and 7B, since the image can be reduced by the first and second dichroic mirrors 120a and 120b and the mirrors 121a and 121b, the optical elements 112 and 116 ) May be omitted.

또한, 상술한 미러(121a, 121b)들 대신에, 도 7c에 도시된 바와 같이, 영상 축소 기능을 갖는 반사형 회절 패턴(123a, 123b)이 각각 형성된 미러(121c, 121d)들을 사용할 수도 있다. 상기 미러(121c, 121d)들의 반사면에 형성된 반사형 회절 패턴(123a, 123b)은 다른 광학소자(112, 116)들과 함께 추가적으로 영상을 축소하는 데 기여할 수 있다.Instead of the mirrors 121a and 121b described above, mirrors 121c and 121d having reflection diffraction patterns 123a and 123b having an image reduction function, respectively, as shown in FIG. 7C, may be used. The reflection type diffraction patterns 123a and 123b formed on the reflection surfaces of the mirrors 121c and 121d may contribute to further reducing the image together with other optical elements 112 and 116. [

도 8은 또 다른 실시예에 따른 결상 광학계의 구조를 개략적으로 보이는 개념도이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 결상 광학계는 회절광학소자로 구성된 제 3 광학소자(116) 대신에 광섬유 테이퍼(fiber optic taper)(122)를 포함할 수 있다. 즉, 결상 광학계는 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)와 광섬유 테이퍼(122)를 포함하는 축소 광학계를 빔스플리터(111)와 제 2 이미지 센서(115) 사이에서 포함할 수 있다. 도 9에 예시적으로 도시된 바와 같이, 통상적으로 광섬유 테이퍼(122)는 입사측 영상과 출사측 영상의 크기가 다르도록 광섬유 다발의 입사면 부분과 출사면 부분의 압축률을 달리한 구조를 갖는다. 예를 들어, 광섬유 테이퍼(122)의 광입사면이 광출사면보다 넓을 경우, 광섬유 테이퍼(122)는 영상을 축소하는 기능을 할 수 있다.8 is a conceptual diagram schematically showing the structure of an imaging optical system according to still another embodiment. Referring to FIG. 8, the imaging optical system according to the present embodiment may include a fiber optic taper 122 instead of the third optical element 116 composed of a diffractive optical element. That is, the imaging optical system may include a reduction optical system including the first optical element 112 composed of a Fresnel lens and the optical fiber taper 122, between the beam splitter 111 and the second image sensor 115. As shown in FIG. 9, the optical fiber taper 122 typically has a structure in which the compressing ratios of the incident surface portion and the emergent surface portion of the optical fiber bundle are different so that the incident side image and the emergence side image have different sizes. For example, when the light incident surface of the optical fiber taper 122 is wider than the light exit surface, the optical fiber taper 122 can function to reduce the image.

도 8에 도시된 실시예에서, 광섬유 테이퍼(122)가 영상을 축소시킬 수 있기 때문에, 광학 소자(112, 116)가 생략될 수도 있다. 또는, 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)만을 사용할 수도 있다. 이 경우, 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)는 빔스플리터(111)로부터 반사된 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 소자의 역할을 할 수 있다. 그리고, 광섬유 테이퍼(122)는 제 1 광학소자(112)에 의해 형성된 평행광을 제 2 이미지 센서(115) 상에 수렴시켜 영상을 축소하는 역할을 할 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 8, the optical elements 112 and 116 may be omitted because the optical fiber taper 122 can shrink the image. Alternatively, only the first optical element 112 composed of a Fresnel lens may be used. In this case, the first optical element 112 composed of a Fresnel lens can serve as a collimating element for converting the light reflected from the beam splitter 111 into parallel light. The optical fiber taper 122 may serve to converge the parallel light formed by the first optical element 112 onto the second image sensor 115 to reduce the image.

한편, 도 10에 도시된 실시예와 같이, 광섬유 테이퍼(122)를 회절광학소자로 구성된 제 3 광학소자(116)와 함께 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 프레넬 렌즈로 구성된 제 1 광학소자(112)가 빔스플리터(111)로부터 반사된 광을 평행광으로 바꾸고, 회절광학소자로 구성된 제 3 광학소자(116)로 1차로 영상을 축소한 후에, 광섬유 테이퍼(122)를 사용하여 영상을 더욱 축소시킬 수 있다.On the other hand, as in the embodiment shown in Fig. 10, it is also possible to use the optical fiber taper 122 together with the third optical element 116 constituted by the diffractive optical element. For example, the first optical element 112 constituted by the Fresnel lens converts the light reflected from the beam splitter 111 into parallel light, and the third optical element 116 constituted by the diffractive optical element primarily reduces the image The optical fiber taper 122 can be used to further reduce the image.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.Up to now, to facilitate understanding of the present invention, an exemplary embodiment of an imaging optical system for a three-dimensional image acquiring apparatus and a three-dimensional image acquiring apparatus including the same is described and shown in the accompanying drawings. It should be understood, however, that such embodiments are merely illustrative of the present invention and not limiting thereof. And it is to be understood that the invention is not limited to the details shown and described. Since various other modifications may occur to those of ordinary skill in the art.

100, 100'.....3차원 영상 획득 장치 101.....광원
102.....대물렌즈 103.....이미지 센서
104.....영상 신호 처리부 105.....디스플레이 패널
106.....메모리 107.....제어부
110.....깊이 영상 모듈 111, 117, 118, 120.....빔스플리터
112, 113, 116.....광학소자 114.....광 셔터
115.....이미지 센서 120a, 120b.....다이크로익 미러
121a, 121b.....미러 122.....광섬유 테이퍼
100, 100 '..... 3D image acquisition device 101 ..... light source
102 ..... objective lens 103 ..... image sensor
104 ..... video signal processing unit 105 ..... display panel
106 ..... memory 107 ..... controller
110 ..... Depth imaging module 111, 117, 118, 120 ..... beam splitter
112, 113, 116 ..... optical element 114 ..... optical shutter
115 ..... image sensor 120a, 120b ..... dichroic mirror
121a, 121b ..... mirror 122 ..... optical fiber taper

Claims (28)

하나의 공통 대물렌즈;
크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서;
상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터; 및
상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 포함하며,
상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함하는 결상 광학계.
One common objective lens;
First and second image sensors having different sizes;
A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 beam splitter provided to the image sensor; And
And at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor to reduce an image incident on the second image sensor,
Wherein the at least one optical element includes at least one of a Fresnel lens and a diffractive optical element.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이의 광 경로를 따라 차례로 배치된 적어도 2개의 프레넬 렌즈를 포함하는 결상 광학계.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one optical element comprises at least two Fresnel lenses sequentially disposed along the optical path between the beam splitter and the second image sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이의 광 경로를 따라 차례로 배치된 제 1 광학소자와 제 2 광학소자를 각각 포함하며, 상기 제 1 광학소자는 프레넬 렌즈로 이루어지고 상기 제 2 광학소자는 회절광학소자로 이루어지는 결상 광학계.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one optical element comprises a first optical element and a second optical element, respectively, arranged in turn along the optical path between the beam splitter and the second image sensor, wherein the first optical element comprises a Fresnel lens And the second optical element is a diffractive optical element.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 광학소자는 상기 빔스플리터로부터 오는 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 소자이며, 상기 제 2 광학소자는 평행광을 상기 제 2 이미지 센서 상에 수렴시켜 영상을 축소하는 결상 광학계.
The method of claim 3,
Wherein the first optical element is a collimating element for converting the light from the beam splitter into parallel light and the second optical element converges the parallel light onto the second image sensor to reduce the image.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학소자와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역의 광을 변조하여 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 광 셔터를 더 포함하는 결상 광학계.
The method according to claim 1,
And an optical shutter disposed between the at least one optical element and the second image sensor, for modulating light in a first wavelength band and providing the modulated light to the second image sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 이미지 센서는 상기 제 1 이미지 센서보다 크기가 작으며, 상기 제 1 파장 대역의 광은 가시광이고 제 2 파장 대역의 광은 적외선 영역의 광인 결상 광학계.
The method according to claim 1,
Wherein the second image sensor is smaller in size than the first image sensor, the light in the first wavelength band is visible light, and the light in the second wavelength band is light in the infrared region.
제 1 항에 있어서,
상기 빔스플리터는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하도록 구성된 결상 광학계.
The method according to claim 1,
Wherein the beam splitter is configured to transmit light in the first wavelength band and reflect light in the second wavelength band.
하나의 공통 대물렌즈;
크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 및
상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터;를 포함하며,
상기 빔스플리터는 상기 대물렌즈의 광축에 대해 45도보다 큰 각도로 경사지게 배치되어 있는 결상 광학계.
One common objective lens;
First and second image sensors having different sizes; And
A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 image sensor, wherein the beam splitter comprises:
Wherein the beam splitter is disposed obliquely at an angle larger than 45 degrees with respect to an optical axis of the objective lens.
제 8 항에 있어서,
상기 빔스플리터는:
상기 빔스플리터의 광입사면에 형성된 것으로, 상기 대물렌즈의 광축에 대해 45도로 경사지도록 형성된 다수의 미세한 제 1 경사면; 및
상기 빔스플리터의 광출사면에 형성된 것으로, 상기 다수의 제 1 경사면과 상보적인 형태로 형성된 다수의 미세한 제 2 경사면;을 포함하며,
상기 제 1 경사면과 제 2 경사면은 서로 평행한 결상 광학계.
9. The method of claim 8,
The beam splitter comprises:
A plurality of microscopic first inclined surfaces formed on the light incident surface of the beam splitter and inclined at 45 degrees with respect to the optical axis of the objective lens; And
And a plurality of fine second inclined surfaces formed on the light exit surface of the beam splitter and formed in a shape complementary to the plurality of first inclined surfaces,
Wherein the first inclined surface and the second inclined surface are parallel to each other.
제 9 항에 있어서,
상기 빔스플리터는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 파장분할 필터를 더 포함하며, 상기 파장분할 필터는 상기 제 1 경사면 상에 코팅되어 있는 결상 광학계.
10. The method of claim 9,
Wherein the beam splitter further comprises a wavelength division filter that transmits light in the first wavelength band and reflects light in the second wavelength band, wherein the wavelength division filter is coated on the first sloped surface.
제 8 항에 있어서,
상기 빔스플리터는:
상기 빔스플리터의 광입사면에 형성된 것으로, 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하며, 반사되는 광의 반사각이 광축에 대해 45도가 되도록 형성된 반사형 제 1 회절 패턴; 및
상기 빔스플리터의 광출사면에 형성된 것으로, 상기 반사형 제 1 회절 패턴에 대해 상보적인 형태로 형성된 제 2 회절 패턴;을 포함하는 결상 광학계.
9. The method of claim 8,
The beam splitter comprises:
A reflection type first diffraction pattern formed on the light incident surface of the beam splitter and configured to transmit light in the first wavelength band and reflect light in the second wavelength band and to have a reflection angle of 45 degrees with respect to the optical axis; And
And a second diffraction pattern formed on the light exit surface of the beam splitter and formed in a complementary manner to the reflection type first diffraction pattern.
제 8 항에 있어서,
상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함하는 결상 광학계.
9. The method of claim 8,
And at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor to reduce an image incident on the second image sensor,
Wherein the at least one optical element includes at least one of a Fresnel lens and a diffractive optical element.
하나의 공통 대물렌즈;
크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 및
상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터;를 포함하며,
상기 빔스플리터는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 파장분할 필터가 코팅되어 있는 오목한 광입사면을 포함하는 결상 광학계.
One common objective lens;
First and second image sensors having different sizes; And
A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 image sensor, wherein the beam splitter comprises:
Wherein the beam splitter includes a concave light incident surface coated with a wavelength division filter that transmits light in the first wavelength band and reflects light in the second wavelength band.
제 13 항에 있어서,
상기 빔스플리터에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 볼록 미러, 및 상기 볼록 미러에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 평면 미러를 더 포함하는 결상 광학계.
14. The method of claim 13,
A convex mirror that reflects light in a second wavelength band reflected by the beam splitter and a plane mirror that reflects light in a second wavelength band reflected by the convex mirror toward the second image sensor, Optical system.
제 13 항에 있어서,
상기 빔스플리터에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 반사하는 평면 미러, 및 상기 평면 미러에 의해 반사된 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 볼록 미러를 더 포함하는 결상 광학계.
14. The method of claim 13,
A plane mirror for reflecting the light of the second wavelength band reflected by the beam splitter and a convex mirror for reflecting the light of the second wavelength band reflected by the plane mirror toward the second image sensor, Optical system.
제 13 항에 있어서,
상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함하는 결상 광학계.
14. The method of claim 13,
And at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor to reduce an image incident on the second image sensor,
Wherein the at least one optical element includes at least one of a Fresnel lens and a diffractive optical element.
하나의 공통 대물렌즈;
크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서; 및
상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터;를 포함하며,
상기 빔스플리터는 상기 대물렌즈의 광축을 중심으로 위쪽과 아래쪽에 각각 배치된 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러를 포함하고,
상기 제 1 다이크로익 미러와 제 2 다이크로익 미러는 광축 상에서 일단이 서로 접하고 있으며 서로에 대해 소정의 각도로 절곡되어 있으며,
상기 제 1 다이크로익 미러는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 광축의 위쪽으로 반사하며, 상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고 제 2 파장 대역의 광을 광축의 아래쪽으로 반사하도록 구성되는 결상 광학계.
One common objective lens;
First and second image sensors having different sizes; And
A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 image sensor, wherein the beam splitter comprises:
Wherein the beam splitter includes a first dichroic mirror and a second dichroic mirror arranged respectively on the upper and lower sides of the optical axis of the objective lens,
The first dichroic mirror and the second dichroic mirror have one ends on the optical axis and are bent at a predetermined angle with respect to each other,
The first dichroic mirror transmits the light of the first wavelength band and reflects the light of the second wavelength band above the optical axis, and the second dichroic mirror transmits the light of the first wavelength band And reflects the light of the second wavelength band below the optical axis.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 다이크로익 미러와 대향하도록 배치되며, 상기 제 1 다이크로익 미러로부터 반사된 제 1 파장 대역의 광을 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 제 1 미러; 및
상기 제 2 다이크로익 미러와 대향하도록 배치되며, 상기 제 2 다이크로익 미러로부터 반사된 제 1 파장 대역의 광을 제 2 이미지 센서를 향해 반사하는 제 2 미러;를 더 포함하는 결상 광학계.
18. The method of claim 17,
A first mirror disposed to face the first dichroic mirror, the first mirror reflecting light of a first wavelength band reflected from the first dichroic mirror toward a second image sensor; And
And a second mirror disposed so as to face the second dichroic mirror and reflects the light of the first wavelength band reflected from the second dichroic mirror toward the second image sensor.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 미러와 제 2 미러의 반사면에는 영상 축소 기능을 갖는 반사형 회절 패턴이 형성되어 있는 결상 광학계.
19. The method of claim 18,
And a reflection type diffraction pattern having an image reduction function is formed on the reflection surfaces of the first and second mirrors.
제 17 항에 있어서,
상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함하는 결상 광학계.
18. The method of claim 17,
And at least one optical element disposed between the beam splitter and the second image sensor to reduce an image incident on the second image sensor,
Wherein the at least one optical element includes at least one of a Fresnel lens and a diffractive optical element.
하나의 공통 대물렌즈;
크기가 서로 다른 제 1 및 제 2 이미지 센서;
상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중에서 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 분리하여, 제 1 파장 대역의 광을 상기 제 1 이미지 센서에 제공하고 제 2 파장 대역의 광을 상기 제 2 이미지 센서에 제공하는 빔스플리터; 및
상기 빔스플리터와 상기 제 2 이미지 센서 사이에 배치되는 것으로, 광출사면보다 넓은 면적의 광입사면을 갖는 광섬유 테이퍼;를 포함하는 결상 광학계.
One common objective lens;
First and second image sensors having different sizes;
A first wavelength band light is divided into a first wavelength band light and a second wavelength band light by the objective lens, and the first wavelength band light is provided to the first image sensor, 2 beam splitter provided to the image sensor; And
And an optical fiber taper disposed between the beam splitter and the second image sensor, the optical fiber taper having a light incident surface having a larger area than a light exit surface.
제 21 항에 있어서,
상기 빔스플리터와 상기 광섬유 테이퍼 사이에 배치되어 상기 제 2 이미지 센서에 입사하는 영상을 축소하는 적어도 하나의 광학소자;를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 광학소자는 프레넬 렌즈 및 회절광학소자 중에서 적어도 하나를 포함하는 결상 광학계.
22. The method of claim 21,
And at least one optical element disposed between the beam splitter and the optical fiber taper to reduce an image incident on the second image sensor,
Wherein the at least one optical element includes at least one of a Fresnel lens and a diffractive optical element.
제 22 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터로부터 오는 광을 평행광으로 바꾸는 프레넬 렌즈를 포함하며, 상기 광섬유 테이퍼는 상기 평행광을 상기 제 2 이미지 센서 상에 수렴시켜 영상을 축소하도록 구성된 결상 광학계.
23. The method of claim 22,
Wherein the at least one optical element includes a Fresnel lens that converts light from the beam splitter into parallel light and the optical fiber taper converges the parallel light onto the second image sensor to reduce the image.
제 22 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학소자는 상기 빔스플리터로부터 오는 광을 평행광으로 바꾸는 프레넬 렌즈, 및 상기 평행광을 수렴시켜 영상을 축소시키는 회절광학소자를 포함하며, 상기 광섬유 테이퍼는 상기 회절광학소자에 의해 축소되는 영상을 추가적으로 축소하도록 구성된 결상 광학계.
23. The method of claim 22,
Wherein the at least one optical element includes a Fresnel lens for converting light from the beam splitter into parallel light and a diffractive optical element for converging the parallel light to reduce the image, wherein the optical fiber taper is formed by the diffractive optical element And an image-forming optical system configured to further reduce the reduced image.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 결상 광학계;
제 2 파장 대역의 광을 발생시켜 피사체에 조사하는 광원;
상기 제 1 이미지 센서의 출력 영상과 제 2 이미지 센서의 출력 영상을 이용하여 3D 영상을 생성하는 영상 신호 처리부; 및
상기 광원과 영상 신호 처리부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 3차원 영상 획득 장치.
An imaging optical system according to any one of claims 1 to 24;
A light source for generating light in a second wavelength band and irradiating the object with light;
An image signal processor for generating a 3D image using an output image of the first image sensor and an output image of the second image sensor; And
And a control unit for controlling operations of the light source and the image signal processing unit.
제 25 항에 있어서,
상기 광원은 상기 제어부의 제어에 따라 소정의 주기와 파형을 갖는 제 2 파장 대역의 광을 피사체에 조사하도록 구성된 3차원 영상 획득 장치.
26. The method of claim 25,
Wherein the light source is configured to irradiate light of a second wavelength band having a predetermined period and a waveform to a subject under the control of the control unit.
제 25 항에 있어서,
상기 제 1 파장 대역의 광은 가시광이고 제 2 파장 대역의 광은 적외선 영역의 광이며, 상기 제 1 이미지 센서는 각 화소별로 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 성분을 갖는 컬러 영상을 생성하며, 상기 제 2 이미지 센서는 상기 3차원 영상 획득 장치와 피사체 사이의 거리에 관한 깊이 영상을 생성하는 3차원 영상 획득 장치.
26. The method of claim 25,
Wherein the light of the first wavelength band is visible light and the light of the second wavelength band is light of an infrared ray region and the first image sensor is a color light source having red (R), green (G), and blue (B) And the second image sensor generates a depth image related to the distance between the 3D image acquisition device and the subject.
제 27 항에 있어서,
상기 영상 신호 처리부는 상기 제 2 이미지 센서로부터의 깊이 영상을 이용하여 상기 3차원 영상 획득 장치와 피사체 사이의 거리를 각각의 화소별로 계산하고, 그 계산 결과를 상기 제 1 이미지 센서로부터의 컬러 영상과 결합하여 최종적인 3D 영상을 생성하는 3차원 영상 획득 장치.
28. The method of claim 27,
Wherein the image signal processing unit calculates the distance between the three-dimensional image acquiring device and the subject by using the depth image from the second image sensor for each pixel and outputs the calculation result to the color image from the first image sensor And a final 3D image is generated.
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