KR20160069219A - 영상 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 영상 처리 장치는, 대상을 향해 일정한 패턴을 갖는 적외선 광을 투사하는 광 투사부와, 가시광선 대역의 광을 흡수하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시켜 대상에 나타나는 대상 패턴의 영상을 획득하는 영상 획득부 및 영상 획득부에서 획득된 광을 이용하여 대상의 3차원 거리 정보를 구하는 영상 처리부를 포함한다.

Description

영상 처리 장치{Image processing apparatus}
실시 예는 영상 처리 장치에 관한 것이다.
3차원 물체 인식 기술은 컴퓨터 비전에서 주된 관심 분야 중 하나이다. 이러한 3차원 거리 측정 기술은 기본적으로 인식할 대상물체가 위치한 대상장면에 빛 패턴을 투사하고, 대상장면에 위치한 대상물체를 3차원 복원하기 위해 투사된 영상을 획득하여, 3차원 거리를 측정한다.
이때, 투사된 영상을 획득할 때, 적외선 필터를 사용하여 적외선 파장 대역의 광을 투과시키고 가시광선 파장 대역의 광을 차단한다. 기존의 적외선 필터는 다중 코팅(multi-coating) 방식의 적외선 대역 통과 필터를 사용함으로 인해, 입사광이 수직에서 벗어나서 투과 광의 파장이 쉬프트된다. 이에 따라 CRA(Chief Ray Angle)가 '0'도에 가깝도록 카메라 모듈을 설계해야 되므로, TTL(Total Track Length)을 줄이기 어려워 영상 처리 장치를 슬림(slim)화시킬 수 없을 뿐만 아니라 영상 처리 장치를 다른 응용 제품에 빌트인(built-in)하기 어려울 수도 있다.
실시 예는 범위가 확장된 CRA를 갖는 영상 처리 장치를 제공한다.
실시 예에 의한 영상 처리 장치는, 대상을 향해 일정한 패턴을 갖는 적외선 광을 투사하는 광 투사부; 가시광선 대역의 광을 흡수하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시켜 상기 대상에 나타나는 대상 패턴의 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 영상 획득부에서 획득된 광을 이용하여 상기 대상의 3차원 거리 정보를 구하는 영상 처리부를 포함할 수 있다.
상기 적외선 광의 파장 대역은 800 ㎚ 내지 850 ㎚일 수 있다.
상기 광 투사부는 상기 적외선 광을 방출하는 광원; 및 상기 방출된 적외선 광에 상기 일정한 패턴을 부여하여 투사하는 패턴 생성부를 포함할 수 있다.
상기 패턴 생성부는 상기 광원에서 방출된 광을 확산시키는 확산판을 포함할 수 있다.
상기 영상 획득부는 광학적 신호를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 상기 대상 패턴의 영상을 상기 이미지 센서로 포커싱하는 렌즈부; 및 상기 이미지 센서와 상기 렌즈부 사이에 배치되어, 가시광선 대역의 광을 흡수하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시키는 적외선 필터를 포함할 수 있다.
제1 파장 이상 내지 제2 파장 이하의 파장 대역을 갖는 상기 적외선 광을 투과시키는 적외선 필터는 상기 제1 파장보다 작은 파장 대역의 광을 흡수하고, 상기 제1 파장 이상의 파장 대역의 광을 투과시키는 제1 염료; 및 상기 제2 파장 이상이고 제3 파장 이하인 파장 대역의 광을 흡수하고, 상기 제2 파장보다 작고 상기 제3 파장보다 큰 파장 대역의 광을 투과시키는 제2 염료를 포함할 수 있다.
상기 적외선 필터는 기판; 및 상기 기판 위에서 상기 영상이 획득되는 방향으로 배치되며, 상기 제1 및 제2 염료를 포함하는 제1 염료층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 염료층은 상기 제1 및 제2 염료를 혼합된 형태로 포함할 수 있다. 또는, 상기 제1 염료층은 상기 제1 염료를 포함하는 제1-1 염료층; 및 상기 제2 염료를 포함하며, 상기 영상이 획득되는 방향으로 상기 제1-1 염료층과 중첩되어 배치된 제1-2 염료층을 포함할 수 있다.
또는, 적외선 필터는 상기 제1 및 제2 염료를 함유한 기판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 적외선 필터는 다층 박막 형태의 제2 염료층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 염료층은 상기 대상을 바라보는 전면과 상기 기판을 바라보는 후면을 포함할 수 있다. 상기 제2 염료층은 상기 제1 염료층의 상기 전면에 배치될 수도 있고, 상기 제1 염료층의 상기 후면에 배치되어 상기 기판과 상기 제1 염료층 사이에 배치될 수도 있다. 또는, 상기 기판은 제1 염료층을 바라보는 전면과 상기 이미지 센서를 바라보는 후면을 포함하고, 상기 제2 염료층은 상기 기판의 상기 후면에 배치될 수도 있다.
상기 기판의 재질은 플라스틱 또는 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 영상 처리부는 상기 영상 획득부에서 획득된 광을 이용하여 상기 3차원 거리 정보를 구하는 거리 생성부; 및 상기 거리 생성부에서 구해진 상기 3차원 거리 정보를 이용하여 상기 대상의 3차원 맵을 생성하는 맵 생성부를 포함할 수 있다.
상기 영상 처리 장치는, 상기 광 투사부와 상기 영상 획득부를 홀딩하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 영상 처리 장치는 적외선 파장 대역의 광을 투과시키는 반면 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하여 차단하기 때문에, 대역 통과 필터의 문제점인 입사각에 의한 광의 특성 변동이 방지될 수 있고, 기존보다 CRA의 범위를 확장시킬 수 있고, 두께가 슬림화될 수 있고, 영상 획득부인 카메라 모듈의 설계 자유도가 증가하고 공차가 여유롭게 되어 제작 단가를 낮출 수도 있고, 영상 처리 장치가 적용되는 응용 제품의 두께를 줄일 수 있도록 하고, 응용 제품에 용이하게 빌트인될 수도 있다.
도 1은 실시 예에 의한 영상 처리 장치의 블럭도를 나타낸다.
도 2는 광의 파장에 따른 양자 효율을 나타내는 그래프이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 적외선 필터의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1에 도시된 적외선 필터의 실시 예를 나타낸다.
도 5는 비교 례에 의한 영상 처리 장치에서 렌즈부, 적외선 필터 및 이미지 센서를 국부적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시 예에 의한 영상 처리 장치에서 렌즈부, 적외선 필터 및 이미지 센서를 국부적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 실시 예에 의한 영상 처리 장치(100)의 블럭도를 나타낸다.
도 1에 도시된 영상 처리 장치(100)는 광 투사부(110), 영상 획득부(120), 영상 처리부(130) 및 하우징(140)을 포함할 수 있다.
광 투사부(110)는 대상(object)(10)을 향해 일정한 패턴을 갖는 적외선 광을 투사할 수 있다. 예를 들어, 적외선 광의 파장 대역은 800 ㎚ 내지 850 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
광 투사부(110)는 광원(112) 및 패턴 생성부(114)를 포함할 수 있다.
광원(112)은 적외선 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 광원(112)은 간섭성(coherent) 광원일 수 있으며, 레이져로 구현될 수 있지만, 실시 예는 광원(112)의 형태에 국한되지 않는다.
패턴 생성부(114)는 광원(112)에서 방출된 적외선 광에 일정한 패턴을 부여하고, 일정한 패턴을 갖는 적외선 광을 투사한다. 이를 위해, 패턴 생성부(114)는 예를 들어, 확산판을 포함할 수 있다. 확산판은 광원(112)에서 방출된 광을 확산시켜 적외선 광에 일정한 패턴을 부여한다. 패턴은 스폿(spot) 형태일 수도 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않으며, 다양한 패턴을 갖는 적외선 광이 대상(10)으로 투사될 수 있다. 예를 들어, 광원(112)에서 방출된 광이 스폿(34)에서 확산판을 관통함으로써, 분기 빔(diverging beam)(170)이 생성될 수 있다.
한편, 영상 획득부(120)는 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시켜 대상(10)에 나타나는 대상 패턴의 영상을 획득할 수 있다. 이를 위해, 영상 획득부(120)는 이미지 센서(122), 렌즈부(124) 및 적외선 필터(126)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(122)는 광학적 신호를 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호를 영상 처리부(130)로 출력한다. 예를 들어, 이미지 센서(122)는 디텍팅(detecting) 소자가 행열의 형태로 배치된 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반 이미지 센서 어레이일 수 있다.
렌즈부(124)는 대상(10)에 존재하는 대상 패턴의 영상을 이미지 센서(122)로 포커싱하는 역할을 한다. 렌즈부(124)는 광학용 매물 렌즈(objective lenses for optics)일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 렌즈부(124)는 도 6에서 후술되는 바와 같이 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈부(124)는 입사동(entrance pupil)(124A)을 가지며, 이미지 센서(122)와 함께 대상 패턴에 대한 영상의 관측 시야(field of view)(172)를 정의할 수 있다. 영상 처리 장치(100)의 감지 체적(sensing volumn)은 분기 빔(170)과 관측 시야(172)의 중첩된 체적(174)을 포함할 수 있다.
적외선 필터(126)는 이미지 센서(122)와 렌즈부(124) 사이에 배치되어, 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하여 차단하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시킨다. 여기서, 적외선 파장 대역은 제1 파장(λ1) 이상이고 제2 파장(λ2) 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 파장(λ1)은 800 ㎚이고, 제2 파장(λ2)은 850 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
실시 예에 의한 적외선 필터(126)는 제1 및 제2 염료를 포함할 수 있다.
제1 염료는 제1 파장(λ1)보다 작은(또는, 제1 파장(λ1) 이하의) 파장 대역의 광을 흡수하고, 제1 파장(λ1) 이상(또는, 제1 파장(λ1)보다 큰)의 파장 대역의 광을 투과시키는 역할을 한다.
제2 염료는 제2 파장(λ2) 이상이고(또는, 제2 파장(λ2)보다 크고) 제3 파장(λ3) 이하인(또는, 제3 파장(λ3)보다 작은) 파장 대역의 광을 흡수하여 차단하고, 제2 파장(λ2)보다 작고(또는, 제2 파장(λ3)이하이고) 제3 파장(λ3)보다 큰(또는, 제3 파장(λ3) 이상인) 파장 대역의 광을 투과시키는 역할을 한다.
도 2는 광의 파장에 따른 양자 효율을 나타내는 그래프로서, 종축은 양자 효율을 나타내고 횡축은 파장을 나타낸다.
제3 파장(λ3)은 광의 양자 효율이 매우 낮아 무시할 수 있을 정도의 파장 대역에 속하는 임의의 값으로서 결정된다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 제3 파장(λ3)이 950 ㎚ 이상일 경우 양자 효율은 무시할 정도로 작아진다. 따라서, 제3 파장(λ3)은 950 ㎚ 이상일 수 있다. 예를 들어, 제3 파장(λ3)은 1100 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 적외선 필터(126)의 동작을 설명하기 위한 그래프로서, 도 3a는 제1 염료에 의한 광의 흡수 및 투과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 3b는 제2 염료에 의한 광의 흡수 및 투과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 3c는 제1 염료와 제2 염료가 혼합된 상태에서 광의 흡수 및 투과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 3d는 적외선 필터(126)에 의한 광의 흡수 및 투과를 설명하기 위한 그래프이다. 각 그래프에서, 횡축은 파장을 나타내고, 종축은 투과율(T:Transmittance)를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 제1 염료는 제1 파장(λ1) 예를 들어 800 ㎚보다 작은 파장 대역의 광을 흡수하여 차단하고, 800 ㎚ 이상의 파장 대역의 광을 투과시킬 수 있다. 도 3b를 참조하면, 제2 염료는 제2 파장(λ2) 예를 들어, 850 ㎚ 이상이고 제3 파장(λ3) 예를 들어 1100 ㎚이하의 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 광을 흡수하여 차단하고, 850 ㎚보다 작고 1100 ㎚보다 큰 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 광을 투과시킨다. 이와 같은 특성을 갖는 제1 및 제2 염료를 도 3c에 도시된 바와 같이 혼합할 경우, 도 3d에 예시된 바와 같이, 적외선 필터(126)는 제1 파장(λ1) 이상이고 제2 파장(λ2) 이하인 파장 대역 즉, 800 ㎚ 이상이고 850 ㎚이하인 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 적외선 광을 투과시키고, 그 이외의 파장을 갖는 광을 흡수함으로써 차단할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 및 제2 염료를 포함할 경우, 적외선 필터(126)는 원하는 적외선 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 광을 투과시키고 그 밖의 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 광을 흡수하여 차단할 수 있다. 제1 및 제2 염료는 다양한 형태로 적외선 필터(126)에 포함될 수 있다. 이하, 적외선 필터(126)의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1에 도시된 적외선 필터(126)의 실시 예(126A 내지 126F)를 나타낸다.
도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 적외선 필터(126A, 126B)는 기판(126-1A) 및 제1 염료층(126-2A, 126-2B)을 포함할 수 있다. 또는, 도 4c에 도시된 바와 같이 적외선 필터(126C)는 기판(126-1B)만을 포함할 수도 있다. 또는, 도 4d 내지 도 4f에 도시된 바와 같이 적외선 필터(126D 내지 126F)는 기판(126-1A), 제1 염료층(126-2) 및 제2 염료층(126-3)을 포함할 수도 있다.
적외선 필터(126)의 실시 예(126A 내지 126F)에 대해 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 적외선 필터(126A, 126B)는 기판(126-1A) 및 제1 염료층(126-2A, 126-2B)을 포함할 수 있다. 제1 염료층(126-2A, 126-2B)은 기판(126-1A) 위에서 영상이 획득되는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 기판(126-1A)위에 배치되며, 제1 및 제2 염료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 염료층(126-2A)은 제1 염료(152) 및 제2 염료(154)를 혼합된 형태로 포함할 수 있다.
또는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 염료층(126-2B)은 제1-1 염료층(126-2-1) 및 제1-2 염료층(126-2-2)을 포함할 수 있다. 제1-1 염료층(126-2-1)은 제1 염료(152)를 포함하고, 제1-2 염료층(126-2-2)은 제2 염료(154)를 포함할 수 있다. 이때, 제1-1 염료층(126-2-1)과 제1-2 염료층(126-2-2)은 영상이 획득되는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 중첩되어 기판(126-1A) 위에 배치될 수 있다.
도 4b의 경우 제1-1 염료층(126-2-1)이 기판(126-1A)과 제1-2 염료층(126-2-2) 사이에 배치된 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 제1-2 염료층(126-2-2)이 기판(126-1A)과 제1-1 염료층(126-2-1) 사이에 배치될 수도 있다.
또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 적외선 필터(126C)는 제1 및 제2 염료(152, 154)를 함유한 기판(126-1B)만으로 구현될 수도 있다.
또한, 도 4d 내지 도 4f에 도시된 바와 같이 적외선 필터(126D 내지 126F)는 다층 박막 형태의 제2 염료층(126-3)을 더 포함할 수도 있다.
도 4d 내지 도 4f에서, 제1 염료층(126-2)은 도 4a 또는 도 4b에 도시된 제1 염료층(126-2A, 126-2B)에 해당할 수 있다. 또는, 도 4d 내지 도 4f에 예시된 기판(126-1A)과 제1 염료층(126-2)은 도 4c에 예시된 바와 같이 제1 염료층(126-1)이 생략되고 제1 및 제2 염료(152, 154)를 포함하는 기판(126-1B)의 형태로 치환될 수도 있다.
도 4d 및 도 4e에서, 제1 염료층(126-2)은 대상(10)을 바라보는 전면(121)과 기판(126-1A)을 바라보는 후면(123)을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 4d에 예시된 바와 같이, 제2 염료층(126-3)은 제1 염료층(126-2)의 전면(121)에 배치될 수 있다. 또는, 도 4e에 예시된 바와 같이, 제2 염료층(126-3)은 제1 염료층(126-2)의 후면(123)에 배치되어 기판(126-1A)과 제1 염료층(126-2) 사이에 배치될 수도 있다.
또한, 도 4f에서, 기판(126-1A)은 제1 염료층(126-2)을 바라보는 전면(125)과 이미지 센서(122)를 바라보는 후면(127)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 염료층(126-3)은 기판(126-1A)의 후면(127)에 배치될 수 있다.
제2 염료층(126-3)은 서로 다른 굴절률을 갖는 2가지 물질막(또는, 물질층)이 교번하여 반복 적층된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4d 내지 도 4f에 예시된 바와 같이, 제2 염료층(126-3)은 제1 및 제2 페어(126-3-P1, 126-3-P2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 페어(126-3-P1, 126-3-P2) 각각은 제1 및 제2 층(126-3-1, 126-3-2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 층(126-3-1, 126-3-2)은 반도체 물질 및 반도체 물질의 산화막일 수 있다. 예를 들어, 제1 층(126-3-1)은 실리콘막이고, 제2 층(126-3-2)은 실리콘 산화막일 수 있다. 예를 들어, 실리콘막인 제1 층(126-3-1)은 폴리실리콘, 비정질 실리콘 또는 단결정 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.
도 4d 내지 도 4f의 경우, 제2 염료층(126-3)은 2개의 페어(126-3-P1, 126-3-P2)만을 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않으며 2개보다 많거나 적은 페어를 포함할 수도 있다.
전술한 제1 내지 제2 염료층(126-2, 126-2A, 126-2B)은 코팅되거나 도포된 형태로 기판(126-1A)에 결합될 수 있으며, 실시 예는 제1 내지 제2 염료층(126-2, 126-2A, 126-2B)의 결합 형태에 국한되지 않는다.
도 4a 내지 도 4f에 예시된 기판(126-1A, 126-1B)의 재질은 플라스틱 또는 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 기판(126-1A, 126-1B)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
한편, 영상 처리부(130)는 영상 획득부(120)에서 획득된 광을 이용하여 대상(10)의 3차원 거리 정보를 구할 수 있다. 이를 위해, 영상 처리부(130)는 거리 생성부(132)를 포함할 수 있다. 거리 생성부(132)는 영상 획득부(120)에서 획득된 광을 이용하여 대상(10)의 3차원 거리 정보를 구할 수 있다.
또한, 영상 처리부(130)는 맵(map) 생성부(134)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 맵 생성부(134)는 거리 생성부(132)에서 구해진 3차원 거리 정보를 이용하여 대상(10)의 3차원 맵을 생성할 수 있다. 여기서, 3차원 맵이란, 대상(10)의 표면을 나타내는 일련의 3차원 좌표를 의미할 수 있다. 예를 들어, 맵 생성부(134)는 하드웨어로 구현될 수도 있지만, 이미지 프로세서와 관련된 메모리에 저장된 소프트웨어에 의해 구현될 수도 있다. 여기서, 메모리는 룩 업 테이블에 해당할 수 있다. 이와 같이 생성된 3차원 맵은 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 3차원 맵은 사용자에게 디스플레이될 수도 있다. 디스플레이되는 영상은 가상의 3차원 영상일 수 있다.
한편, 하우징(140)은 광 투사부(110)와 영상 획득부(120)를 홀딩할 수 있다. 경우에 따라, 영상 처리 장치(100)는 하우징(140)을 포함하지 않을 수도 있다. 하우징(140)이 배치됨으로 인해, 입사동(124A)의 중심과 스폿(114A)의 중심이 서로 이격될 수 있고, 입사동(124A)와 스폿(114A)의 중심을 관통하는 축이 이미지 센서(122)의 축들 중 하나와 나란할 수 있다.
이하, 비교 례와 실시 예에 의한 영상 처리 장치를 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.
도 5는 비교 례에 의한 영상 처리 장치에서 렌즈부(24), 적외선 필터(26) 및 이미지 센서(22)를 국부적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시 예에 의한 영상 처리 장치(100)에서 렌즈부(124), 적외선 필터(126) 및 이미지 센서(122)를 국부적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 렌즈부(24)는 복수의 렌즈(24-1, 24-2, 24-3, 24-4)를 포함할 수 있다. 렌즈(24-1, 24-2, 24-3, 24-4)는 도시된 바와 같이 대상 패턴을 투과, 굴절, 콜리메이트시켜 적외선 필터(26)로 출력한다. 적외선 필터(26)는 렌즈부(24)를 통과한 광에서 적외선 파장 대역의 광만을 필터링하여 이미지 센서(22)로 제공하기 위해 적외선 대역 통과 필터에 의해 구현될 수 있다.
그러나, 이러한 적외선 대역 통과 필터는 다중 코팅(multi-coating) 방식으로 제작되므로, 입사광이 수직에서 벗어날 수록 투과시키는 광의 파장의 쉬프트된다. 이에 따라 CRA(Chief Ray Angle)가 '0'도에 가깝도록 영상 획득부를 설계해야 한다. 만일, CRA가 '0'도에 가깝게 되면, 영상 획득부의 설계에 제약 조건이 되어 TTL(Total Track Length)을 줄이기 어려울 수 있다. 그러므로, TTL을 줄이기 어려워, 영상 처리 장치를 슬림(slim)화시킬 수 없을 뿐만 아니라 영상 처리 장치를 다른 응용 제품에 빌트인(built-in)하기 어려워질 수 있다.
또한, 적외선 필터(26)를 구현하는 다층 박막 필터는 간섭 효과의 기본 원리를 고려할 때, 입사하는 광의 각도에 따라 간섭 결과에 차이가 발생한다. 그러므로, 적외선 필터(26)로 입사되는 광의 특성이 광의 입사각에 의해 크게 변동할 수 있다.
반면에, 도 6을 참조하면, 실시 예에 의한 렌즈부(124)는 도 5에 예시된 바와 같이 복수의 렌즈(124-1, 124-2, 124-3 ,124-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 렌즈(124-1, 124-2, 124-3, 124-4)는 대상 패턴의 영상을 받아서 굴절, 투과 또는 콜리메이트 중 적어도 하나를 수행하여 적외선 필터(126)로 출사시킨다.
적외선 필터(126)는 전술한 바와 같은 적외선 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 광만을 투과시키고 가시 광선 파장 대역에 속하는 파장을 갖는 광을 흡수하여 차단할 수 있다. 즉, 적외선 필터(126)는 800 ㎚ 내지 850 ㎚의 파장 대역의 광만을 투과시키고 그 이외의 파장 대역을 갖는 광을 흡수하여 차단할 수 있다. 이와 같이, 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하여 차단하기 때문에, 실시 예에 의한 영상 처리 장치의 경우 도 5에 도시된 비교 례의 영상 처리 장치에서 입사각에 의한 광의 특성이 변동함이 방지될 수 있다.
결국, 실시 예에 의한 영상 처리 장치는 도 5에 예시된 비교 례에 의한 영상 처리 장치보다 CRA의 범위를 확장시켜 렌즈부(124)의 슬림화 설계에 치명적인 제약 사항을 제거할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리 장치(100)가 모바일 카메라에 적용될 경우 CRA는 대략 0 내지 45° 바람직하게는 5° 내지 45°가 될 수 있으며 예를 들어 30°가 될 수 있다.
또한, 렌즈부(124)가 슬림화됨으로 인해, 영상 처리 장치(100)의 영상 획득부(120) 즉, 카메라의 두께를 슬림화시킬 수도 있다.
또한, 영상 획득부(120)인 카메라 모듈의 설계 자유도가 증가하고 공차가 여유롭게 되어 제작 단가를 낮출 수도 있다.
또한, 영상 처리 장치(100)가 슬림화됨으로 인해, 영상 처리 장치(100)를 이용하는 응용 제품의 두께를 줄일 수 있도록 하고, 응용 제품에 용이하게 빌트인될 수도 있다.
전술한 실시 예에 의한 영상 처리 장치는 텔레비젼, 컴퓨터, 태블릿, 스마트 폰, 동작 인식용 모듈, 3차원 구조 인식 모듈 등에 적용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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: 대상 100: 영상 처리 장치
110: 광 투사부 112: 광원
114: 패턴 생성부 114A: 스폿
120: 영상 획득부 121: 제1 염료층의 전면
122: 이미지 센서 123: 제1 염료층의 후면
124: 렌즈부 124-1 내지 124-4: 복수의 렌즈
124A: 입사동 125: 기판의 전면
126, 126A 내지 126F: 적외선 필터 126-1A, 126-1B: 기판
126-2, 126-2A, 126-2B: 제1 염료층 126-2-1: 제1-1 염료층
126-2-2: 제1-2 염료층 126-3: 제2 염료층
126-3-1: 제1 층 126-3-2: 제2 층
126-3-P1: 제2 염료층의 제1 페어 126-3-P2: 제2 염료층의 제2 페어
127: 기판의 후면 130: 영상 처리부
132: 거리 생성부 134: 맵 생성부
140: 하우징 152: 제1 염료
154: 제2 염료 170: 분기 빔
172: 관측 시야 174: 중첩된 체적

Claims (18)

  1. 대상을 향해 일정한 패턴을 갖는 적외선 광을 투사하는 광 투사부;
    가시광선 대역의 광을 흡수하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시켜 상기 대상에 나타나는 대상 패턴의 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 영상 획득부에서 획득된 광을 이용하여 상기 대상의 3차원 거리 정보를 구하는 영상 처리부를 포함하는 영상 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 적외선 광의 파장 대역은 800 ㎚ 내지 850 ㎚인 영상 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 광 투사부는
    상기 적외선 광을 방출하는 광원; 및
    상기 방출된 적외선 광에 상기 일정한 패턴을 부여하여 투사하는 패턴 생성부를 포함하는 영상 처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 패턴 생성부는 상기 광원에서 방출된 광을 확산시키는 확산판을 포함하는 영상 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 영상 획득부는
    광학적 신호를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;
    상기 대상 패턴의 영상을 상기 이미지 센서로 포커싱하는 렌즈부; 및
    상기 이미지 센서와 상기 렌즈부 사이에 배치되어, 가시광선 대역의 광을 흡수하고, 적외선 파장 대역의 광을 투과시키는 적외선 필터를 포함하는 영상 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 제1 파장 이상 내지 제2 파장 이하의 파장 대역을 갖는 상기 적외선 광을 투과시키는 적외선 필터는
    상기 제1 파장보다 작은 파장 대역의 광을 흡수하고, 상기 제1 파장 이상의 파장 대역의 광을 투과시키는 제1 염료; 및
    상기 제2 파장 이상이고 제3 파장 이하인 파장 대역의 광을 흡수하고, 상기 제2 파장보다 작고 상기 제3 파장보다 큰 파장 대역의 광을 투과시키는 제2 염료를 포함하는 영상 처리 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 적외선 필터는
    기판; 및
    상기 기판 위에서 상기 영상이 획득되는 방향으로 배치되며, 상기 제1 및 제2 염료를 포함하는 제1 염료층을 포함하는 영상 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제1 염료층은 상기 제1 및 제2 염료를 혼합된 형태로 포함하는 영상 처리 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 제1 염료층은
    상기 제1 염료를 포함하는 제1-1 염료층; 및
    상기 제2 염료를 포함하며, 상기 영상이 획득되는 방향으로 상기 제1-1 염료층과 중첩되어 배치된 제1-2 염료층을 포함하는 영상 처리 장치.
  10. 제6 항에 있어서, 상기 적외선 필터는
    상기 제1 및 제2 염료를 함유한 기판을 포함하는 영상 처리 장치.
  11. 제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 필터는
    다층 박막 형태의 제2 염료층을 더 포함하는 영상 처리 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 제1 염료층은 상기 대상을 바라보는 전면과 상기 기판을 바라보는 후면을 포함하는 영상 처리 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제2 염료층은 상기 제1 염료층의 상기 전면에 배치되는 영상 처리 장치.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 제2 염료층은 상기 제1 염료층의 상기 후면에 배치되어 상기 기판과 상기 제1 염료층 사이에 배치되는 영상 처리 장치.
  15. 제11 항에 있어서, 상기 기판은 제1 염료층을 바라보는 전면과 상기 이미지 센서를 바라보는 후면을 포함하고, 상기 제2 염료층은 상기 기판의 상기 후면에 배치되는 영상 처리 장치.
  16. 제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판의 재질은 플라스틱 또는 유리 중 적어도 하나를 포함하는 영상 처리 장치.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 영상 처리부는
    상기 영상 획득부에서 획득된 광을 이용하여 상기 3차원 거리 정보를 구하는 거리 생성부; 및
    상기 거리 생성부에서 구해진 상기 3차원 거리 정보를 이용하여 상기 대상의 3차원 맵을 생성하는 맵 생성부를 포함하는 영상 처리 장치.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 광 투사부와 상기 영상 획득부를 홀딩하는 하우징을 더 포함하는 영상 처리 장치.
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