KR20160094085A - 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치 - Google Patents

3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치 Download PDF

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Abstract

하나의 공통 대물렌즈, 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중 가시광 대역의 광을 감지하는 제1 이미지 센서, 및 상기 제1 이미지 센서를 투과한 광 중 적외선 대역의 광을 감지하는 제2 이미지 센서를 포함하는 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계, 및 상기 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계를 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 제공한다.

Description

3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치{Imaging Optical System for 3D Image Acquisition Apparatus, and 3D Image Acquisition Apparatus Including the Imaging Optical system}
3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치에 관한 것이다.
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.
피사체의 표면과 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.
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.
TOF 기술을 채용한 3D 카메라는 통상 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.
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 중요한 관건 중 하나이다.
일 구현예는 하나의 공통 대물렌즈 및 2 개의 이미지 센서를 갖는 3차원 영상 획득 장치를 보다 작고 간단하게 제작할 수 있는 결상 광학계를 제공한다.
또한, 상기 결상 광학계를 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하나의 공통 대물렌즈; 상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중 가시광 대역의 광을 감지하는 제1 이미지 센서; 및 상기 제1 이미지 센서를 투과한 광 중 적외선 대역의 광을 감지하는 제2 이미지 센서를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계를 제공한다.
상기 제1 이미지 센서는 복수의 화소부를 포함하는 유기 이미지 센서로서, 상기 복수의 화소부 각각에 대응하여 서로 이격되어 배열된 복수의 제2 화소 전극, 상기 제2 화소 전극들 사이 및 그 위에서 연속적인 필름 형태로 배치되고 복수의 화소부에 공통으로 포함되는 가시광선 전 영역의 광을 감지하는 유기 흡광 물질을 포함하는 광 활성층, 상기 광 활성층 상부에 연속적인 필름 형태로 배치되고 복수의 화소부에 공통으로 적용되며 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 화소 전극, 및 상기 제1 화소 전극 상부에 상기 복수의 화소부 각각에 대응하여 배치되고 각각의 화소부가 감지하는 특정 파장 영역의 광을 투과하는 복수의 컬러필터들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 컬러필터들은 400nm 이상 500nm 미만의 광을 선택적으로 투과시키는 1 이상의 제 1 컬러필터와, 500nm 내지 580nm의 광을 선택적으로 투과시키는 1 이상의 제2 컬러필터와, 580nm 초과 700nm의 광을 선택적으로 투과시키는 1 이상의 제3 컬러필터들을 포함할 수 있다.
상기 제1 이미지 센서는 1 이상의 청색 화소, 1 이상의 녹색 화소, 및 1 이상의 적색 화소를 포함하고,
상기 1 이상의 청색 화소는, 각각 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 청색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고,
상기 1 이상의 녹색 화소는, 각각 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 녹색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고,
상기 1 이상의 적색 화소는, 각각 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 적색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함할 수 있다.
상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소는 모두 수평으로 인접하여 배열될 수 있다.
상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소 중 2 가지 색 화소는 서로 수평으로 인접하여 배열되고, 나머지 1 가지 색 화소는 상기 2 가지 색 화소가 서로 수평으로 인접하여 배열된 층 위에 수직으로 적층되는 배열될 수 있다.
상기 1 이상의 청색 화소 및 상기 1 이상의 적색 화소는 수평으로 인접하여 배열되고, 상기 1 이상의 녹색 화소는 상기 1 이상의 청색 화소와 1 이상의 적색 화소가 수평으로 인접하여 배열된 층 위에 수직으로 적층되어 배열될 수 있다.
상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소는 수직으로 적층되어 배열될 수 있다.
상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소는 상기 대물렌즈 측으로부터 차례로 수직으로 적층하여 배열될 수 있다.
상기 청색 화소는 400nm 이상 500nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고,
상기 녹색 화소는 500nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고, 그리고
상기 적색 화소는 580nm 초과 700nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함할 수 있다.
상기 제2 이미지 센서는 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 적외선 대역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함할 수 있다.
상기 제2 이미지 센서는 적외선 대역의 광을 감지하는 실리콘 포토다이오드를 포함하는 것일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 결상 광학계는 상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서 사이에 상기 제1 이미지 센서를 투과한 광 중 적외선 대역의 광을 투과시키는 광 셔터 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 광 셔터 모듈은 소정의 이득 파형으로 상기 적외선 대역의 광을 변조하는 광 셔터를 포함할 수 있다.
상기 광 셔터 모듈은 상기 광 셔터 위에 가시광 대역의 광을 반사하고 적외선 대역의 광을 투과하는 파장 선택성 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 이미지 센서, 상기 광 셔터 모듈, 및 상기 제2 이미지 센서는 차례로 광축을 따라 광축에 수직으로 배열되어 있을 수 있다.
다른 일 구현예에서는, 상기 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계; 적외선 대역의 광을 발생시켜 피사체에 조사하는 광원; 상기 결상 광학계의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서로부터 출력되는 제1 및 제2 영상 신호를 이용하여 3 차원 영상을 생성하는 영상 신호 처리부; 및 상기 광원과 상기 영상 신호 처리부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 제공한다.
또 다른 일 구현예에서는, 상기 3 차원 영상 획득 장치를 포함하는 3D 카메라를 제공한다.
또 다른 일 구현예에서는, 상기 3 차원 영상 획득 장치를 포함하는 거리측정기를 제공한다.
또 다른 일 구현예에서는, 상기 3 차원 영상 획득 장치를 포함하는 동작인식기를 제공한다.
또 다른 일 구현예에서는, 상기 3 차원 영상 획득 장치를 포함하는 게임기를 제공한다.
하나의 공통 대물렌즈 및 2 개의 이미지 센서를 갖는 3 차원 영상 획득 장치를 작고, 보다 간단하게 제작할 수 있는 결상 광학계, 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 예시적으로 보여주는 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제1 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제1 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 나타낸 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제1 이미지 센서의 개략적인 평면도이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제1 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 또 다른 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제1 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제2 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 8은 다른 일 구현예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치를 예시적으로 보여주는 개념도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 광 셔터 모듈을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 일 구현예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치, 그리고 상기 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계에 포함되는 제1 이미지 센서, 제2 이미지 센서, 및 광 셔터 모듈에 대해 설명한다.
이하의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 일 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치의 구조를 예시적으로 보여주는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 3 차원 영상 획득 장치(700)는 소정의 파장을 갖는 조명광을 발생시키는 광원(710), 외부의 피사체(도시되지 않음)로부터 반사된 가시광과 조명광을 포커싱하는 대물렌즈(720), 상기 대물렌즈(720)에 의해 포커싱되는 가시광을 감지하여 컬러 영상을 생성하는 제 1 이미지 센서(730), 및 제1 이미지 센서(730)를 투과한 조명광을 감지하여 깊이 영상을 생성하는 제2 이미지 센서(750), 컬러 영상과 깊이 영상을 이용하여 3D 영상을 생성하는 영상 신호 처리부(770), 및 상기 광원(710), 제 1 이미지 센서(730), 제2 이미지 센서(750), 및 영상 신호 처리부(770)들의 동작을 제어하는 제어부(780)를 포함할 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치(700)는 최종적인 3D 영상을 저장하기 위한 메모리(790)와 3D 영상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이 패널(800)을 더 포함할 수 있다.
광원(710)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. 광원(710)은 제어부(780)로부터 수신된 제어 신호에 따라, 예를 들어, 사인파, 램프파(ramp wave), 사각파 등과 같이 특수하게 정의된 파형을 갖는 조명광을 방출할 수 있다.
도 1에 도시된 예에서 점선으로 묶어서 표시한 바와 같이, 대물렌즈(720), 제 1 이미지 센서(730), 및 제 2 이미지 센서(750)는 3 차원 영상 획득 장치(700)의 결상 광학계(500)를 구성한다. 도 1에는 편의상 간단히 도시되어 있지만, 대물렌즈(720)는 다수의 렌즈군을 포함하는 줌 렌즈일 수 있다.
상기한 바와 같이, 대물렌즈(720)에 의해 포커싱되는 광 중 가시광 영역의 광은 제1 이미지 센서(730)에서 감지되어 컬러 영상을 생성한다. 도 2 내지 도 6을 참조하여 자세히 설명하는 바와 같이, 제1 이미지 센서(730)는 1 이상의 화소부, 특히 가시광 영역의 광을 감지하는 물질을 포함하는 유기 광전 소자를 포함하는 컬러 화소들을 포함할 수 있다. 따라서, 대물렌즈(720)를 통해 포커싱된 광 중 가시광 영역의 광은 가시광 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 물질을 포함하는 제1 이미지 센서(730)의 유기 광전 소자들에 의해 대부분 흡수되고, 가시광을 제외한 나머지 광 중 적외선 영역의 광, 예를 들어, 근적외선 영역인 700 nm 내지 1,100 nm 파장 범위의 광, 또는 800 nm 내지 1,100 nm 파장 범위의 광은 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 이미지 센서(750)에서 흡수, 감지되어 깊이 영상을 생성하게 된다.
이와 같이, 본 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치(700)용 결상 광학계(500)는 대물렌즈(720)의 후방에 바로 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 이미지 센서(730)가 위치하고, 그 뒤에 적외선 대역의 광을 감지하는 제2 이미지 센서(750)가 존재하므로, 가시광과 적외선 광을 분리하기 위한 별도의 복잡한 구성을 필요로 하지 않는다. 즉, 제1 이미지 센서(730)는 가시광을 선택적으로 흡수, 감지하는 물질을 포함함으로써 제1 이미지 센서(730)를 통과한 광에서 가시광은 대부분 제거되고, 적외선 광을 포함한 나머지 광만 제2 이미지 센서(750)로 입사한다. 여기서, 제2 이미지 센서(750) 또한 적외선 광만 선택적으로 감지함에 따라, 본 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계(500)에서는 입사광으로부터 가시광과 적외선 광을 분리하는 별도의 구성을 필요로 하지 않고, 이로 인해 전체 결상 광학계(500) 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치를 보다 얇고 작게 제작할 수 있다. 또한, 이로 인해 제조 비용을 절감할 수 있고 광 효율 또한 증대시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 도 1에 나타낸 3 차원 영상 획득 장치(700)의 결상 광학계(500)를 구성하는 제1 이미지 센서(730)의 구체적인 실시예들을 설명한다.
상술한 바와 같이, 상기 결상 광학계(500)에 포함되는 제1 이미지 센서(730)는 가시광 대역의 광을 감지하는 다수의 화소부를 포함하며, 상기 다수의 화소부는 각각 특정 가시광 영역의 광을 감지하는 유기 물질을 포함하는 광전 소자들을 포함한다.
예를 들어, 도 2는 일 실시예에 따른 제1 이미지 센서(730) 내 화소의 배치를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 광이 입사되는 측에 위치하고 연속된 필름 형태로 존재하는 제1 화소 전극(120), 제1 화소 전극과 마주보되 각 화소별로 각각 분리되어 배치되는 제2 화소 전극들(110B, 110R, 110G), 제1 화소 전극(120)과 제2 화소 전극들(110B, 110R, 110G) 사이에서 연속된 필름 형태로 존재하며 가시광 대역 전 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130W), 및 상기 제1 화소 전극(120) 상부에서 각각의 화소에 대응하여 배치되는 복수의 컬러필터(170B, 170R, 170G)를 포함한다.
이하에서 도면부호에 'B'가 포함되어 있는 구성요소는 청색 화소에 포함되어 있는 구성 요소이고, 도면부호에 'G'가 포함되어 있는 구성요소는 녹색 화소에 포함되어 있는 구성 요소이며, 도면부호에 'R'이 포함되어 있는 구성요소는 적색 화소에 포함되어 있는 구성 요소를 가리킨다.
즉, 도 2의 170B는 청색 컬러필터로서 400nm 이상 500nm 미만의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있고, 170G는 녹색 컬러필터로서 500nm 내지 580nm의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있고, 170R은 적색 컬러필터로서 580nm 초과 700nm의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
상기 제1 화소 전극(120) 및 상기 제2 화소 전극들(110B, 110G, 11R)은 모두 투명 전극이며, 따라서, 제1 이미지 센서(203)는 각 화소별로 가시광 대역의 특정 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고, 적외선 광을 포함한 나머지 광을 투과할 수 있다.
상기 제1 화소 전극(120) 및 제2 화소 전극들(110B, 110G, 11R)은 이미지 센서 제조에 사용되는 유기 광전 소자용 투광 전극이라면 어떤 것이라도 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 화소 전극(20) 및 제2 화소 전극들(110B, 110G, 11R)은, 예컨대, 인듐 틴 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)와 같은 투명 도전체로 만들어지거나, 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막, 또는 금속 산화물이 도핑된 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막, 전도성 고분자 전극, 또는 이들의 조합 일 수 있다.
상기 가시광 대역 전 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130W)은 약 400 nm 내지 약 700 nm의 가시광선 전 영역의 광을 흡수할 수 있다. 상기 광 활성층(130W)은 p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 p형 반도체 물질과 상기 n형 반도체 물질 중 적어도 하나는 가시광선 전 영역의 광을 흡수할 수 있다.
상기 광 활성층(130W)은, 예컨대, 폴리아닐린; 폴리피롤; 폴리티오펜; 폴리(p-페닐렌비닐렌); 벤조디티오펜(benzodithiophene); 티에노티오펜(thienothiophene); MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene); MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene); 펜타센; 페릴렌(perylene); 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜); 폴리((4,8-비스(옥틸옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜)-2,6-디일-알트-(2-((도데실옥시)카르보닐)티에노[3,4-b]티오펜)-3,6-디일)(poly((4,8-bis(octyloxy)benzo(1,2-b:4,5-b')dithiophene)-2,6-diyl-alt-(2-((dodecyloxy)carbonyl)thieno(3,4-b)thiophenediyl)-3,6-diyl), PTB1); 폴리((4,8-비스(2-에틸헥실옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜)-2,6-디일-알트-(2-((2-에틸헥실옥시)카르보닐)-3-플루오로티에노[3,4-b]티오펜)-3,6-디일)(poly((4,8-bis(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl-alt-(2-((2-ethylhexyloxy)carbonyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophenediyl)-3,6-diyl)), PTB7); 프탈로시아닌(phthalocyanine); 틴(Ⅱ) 프탈로시아닌(tin (Ⅱ) phthalocyanine, SnPc); 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine); 트리아릴아민(triarylamine); 벤지딘(bezidine); 피라졸린(pyrazoline); 스티릴아민(styrylamine); 하이드라존(hydrazone); 카바졸(carbazole); 티오펜(thiophene); 3,4-에틸렌디옥시티오펜(3,4-ethylenedioxythiophene, EDOT); 피롤(pyrrole); 페난트렌(phenanthrene); 테트라센(tetracence); 나프탈렌(naphthalene); 루브렌(rubrene); 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA); Alq3; 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM과 같은 플러렌 유도체들; CdS, CdTe, CdSe, ZnO 등과 같은 무기 반도체; 이들의 유도체 및 이들의 공중합체에서 선택되는 적어도 2종을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 컬러필터(170B, 170R, 170G)들은 제1 화소 전극(120) 위에서 대물렌즈(720)를 통해 포커싱되는 광 중 각각 특정 파장 영역의 광을 투과시킴으로써, 각 컬러필터(170B, 170R, 170G)의 하부에 존재하는 가시광 전 파장 영역의 광을 흡수하는 광활성층(130W)이 각 컬러필터가 투과시킨 광을 선택적으로 흡수하여 감지하고, 이를 해당 광활성층(130W) 하부에 존재하는 제1 화소 전극((110B, 110G, 11R)을 통해 전기적 신호로 변환함으로써, 화소별로 각각 특정 파장 영역의 광을 감지하여 출력한다. 제1 이미지 센서(730)의 투명성을 위해 전기적 신호의 출력은 투명 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 이용하여 처리될 수 있고, 출력된 전기적 신호는 도 1에 나타낸 3차원 영상 획득 장치(700) 내 영상 신호 처리부(760)로 전달될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 도 1에 나타낸 3차원 영상 획득 장치(700)의 결상 광학계(500)를 구성하는 제1 이미지 센서(730)의 다른 일 실시예를 설명한다.
상술한 바와 같이, 결상 광학계(500)에 포함되는 제1 이미지 센서(730)는 가시광 대역의 광을 감지하는 다수의 화소들을 포함하며, 상기 다수의 화소들은 각각 특정 가시광 영역의 광을 감지하는 유기 물질을 포함하는 광전 소자들을 포함한다.
도 3에 나타낸 제1 이미지 센서는, 도 2에 나타낸 제1 이미지 센서와 달리, 청색 화소(100B), 녹색 화소(100G), 및 적색 화소(100G) 각각이, 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(20B, 20G, 20R), 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극(10B, 10G, 10R), 및 제1 투광 전극(20B, 20G, 20R)과 제2 투광 전극(10B, 10G, 10R) 사이에 위치하며 특정 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(30B, 30G, 30R)을 포함하고, 이러한 화소들이 동일 기판 상에 수평으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 3에 나타낸 제1 이미지 센는, 도 2에 나타낸 제1 이미지 센서와 달리, 제1 투광 전극(20B, 20G, 20R) 위에 컬러필터를 포함하지 않는다. 도 2에 따른 제1 이미지 센서의 경우, 광 활성층(130W)이 가시광선 전파장 영역의 광을 흡수하는 물질로 구성됨에 따라 각 화소별로 특정 파장 영역의 광을 흡수하기 위해 특정 파장 영역의 광을 투과하는 컬러필터가 광이 입사하는 제1 투광 전극 위에 배치되어야 한다. 그러나, 도 3에 나타낸 제1 이미지 센서는 각각의 화소가 각각 상이한 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 물질을 포함하는 광 활성층(30B, 30G, 30R)을 포함함에 따라, 도 2에 나타낸 제1 이미지 센서에서와 같은 컬러필터를 포함하지 않을 수 있다.
상기 청색 화소(100B)의 광 활성층(30B)은 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 녹색 화소(100G)의 광 활성층(30G)은 녹색 영역 파장의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 적색 화소(100R)의 광 활성층(30R)은 적색 영역 파장의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있다.
도 3에 나타낸 제1 이미지 센서의 제1 투광 전극(20B, 20G, 20R) 및 제2 투광 전극(10B, 10G, 10R)은, 도 2를 참조하여 설명한 제1 이미지 센서의 제1 화소 전극(120) 및 제2 화소 전극(110B, 110R, 110G)과 각각 동일한 물질로 구성될 수 있고, 따라서 이들 제1 투광 전극 및 제2 투광 전극에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 도 4는 도 2와 도 3에 나타낸 제1 이미지 센서 내 화소의 배치를 개략적적으로 나타낸 평면도로서, 도2 와 도 3에 나타낸 제1 이미지 센서를 평면 상에서 볼 때는 동일한 형태로 나타날 수 있다. 다만, 도 2에 도시한 제1 이미지 센서의 경우, 각 화소는 각 화소가 감지하는 특정 파장 영역의 광을 투과하는 컬러 필러들(170B, 170R, 170G)에 의해 구획될 수 있는 반면, 도 3에 도시한 제1 이미지 센서는 각 화소 자체(100B, 100G, 100R), 또는 각 화소의 제1 투광 전극들(20B, 20G, 20R)에 의해 구획될 수 있다.
도 5는 도 1에 나타낸 3차원 영상 획득 장치(700) 내 광학 결상계(500)를다른 구성하는 제1 이미지 센서(730)의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 제1 이미지 센서는 1 이상의 청색 화소(100B), 1 이상의 적색 화소(100R), 및 1 이상의 녹색 화소(100G)를 포함하고, 상기 청색 화소(100B)와 적색 화소(100R)가 서로 수평으로 배열되고, 이들 수평으로 배열된 청색 화소(100B) 및 적색 화소(100R) 위로 수직으로 녹색 화소(100G)가 적층되어 있는 구조를 가진다. 상기 청색 화소(100B), 적색 화소(100R), 및 녹색 화소(100G)는 각각 유기 광전 소자이다.
즉, 상기 1 이상의 청색 화소(100B)는 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(120), 제1 투광 전극(120)과 마주보는 제2 투광 전극(110), 및 제1 투광 전극(120)과 제2 투광 전극(110) 사이에 위치하며 청색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130B)을 포함할 수 있고, 상기 1 이상의 적색 화소(100R)는 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(120), 제1 투광 전극(120)과 마주보는 제2 투광 전극(110), 및 제1 투광 전극(120)과 제2 투광 전극(110) 사이에 위치하며 적색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130R)을 포함할 수 있고, 상기 1 이상의 녹색 화소(100G)는 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(120), 제1 투광 전극(120)과 마주보는 제2 투광 전극(110), 및 제1 투광 전극(120)과 제2 투광 전극(110) 사이에 위치하며 녹색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130G)을 포함할 수 있다.
상기 청색 화소의 광 활성층(130B)은 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 적색 화소의 광 활성층(130R)은 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 녹색 화소의 광 활성층(130G)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있다.
도 5에 나타낸 제1 이미지 센서 내 각 화소의 제1 투광 전극(120) 및 제2 투광 전극(110)은 도 2를 참조하여 설명한 제1 이미지 센서의 제1 화소 전극(120) 및 제2 화소 전극(110B, 110R, 110G)과 각각 동일한 구성을 가지며, 따라서 이들 제1 투광 전극 및 제2 투광 전극에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 도 5에서는 청색 화소(100B) 및 적색 화소(100R)가 수평으로 배치되고, 그 위에 녹색 화소(100G)가 수직으로 적층된 구조를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 청색 화소(100B), 적색 화소(100R), 및 녹색 화소(100G) 중 임의의 2 개 화소가 나란히 배열되고, 그 위에 나머지 한 화소가 수직으로 배치되는 구조를 가질 수 있다.
도 6은 도 1에 나타낸 3차원 영상 획득 장치(700)의 결상 광학계(500)을 구성하는 제1 이미지 센서(730)의 다른 일 실시예를 설명한다.
도 3과 도 5를 참조하여 설명한 것과 같이, 도 6에 따른 제1 이미지 센서 역시 1 이상의 화소가 각각 상이한 파장 영역의 광을 흡수하여 감지하는 광 활성층을 포함하는 유기 광전 소자를 포함한다. 이들 광전 소자에서 감지된 각 파장 영역의 광은 각 소자 내 제1 투광 전극을 통해 전기적 신호로 변환됨으로써, 화소별로 각각 특정 파장 영역의 광을 감지하여 출력할 수 있다. 상기 출력된 전기적 신호는 도 1에 나타낸 3 차원 영상 획득 장치(700) 내 영상 신호 처리부(760)로 전달되어 컬러 영상을 생성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 이미지 센서는 1 이상의 청색 화소(100B), 1 이상의 녹색 화소(100G), 및 1 이상의 적색 화소(100R)를 포함하고, 이들 청색 화소(100B), 녹색 화소(100G), 및 적색 화소(100R)가 차례로 수직으로 적층되어 있는 구조를 가진다. 상기 청색 화소(100B), 녹색 화소(100G), 및 적색 화소(100R)는 각각 유기 광전 소자이다.
즉, 상기 1 이상의 청색 화소(100B)는, 각각 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(120), 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극(110), 및 제1 투광 전극(120)과 제2 투광 전극(110) 사이에 위치하며 청색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130B)을 포함할 수 있고, 상기 1 이상의 녹색 화소(100G)는, 각각 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(120), 제1 투광 전극(120)과 마주보는 제2 투광 전극(110), 및 제1 투광 전극(120)과 제2 투광 전극(110) 사이에 위치하며 녹색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130G)을 포함할 수 있고, 상기 1 이상의 적색 화소(100R)는, 각각 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극(120), 제1 투광 전극(120)과 마주보는 제2 투광 전극(110), 및 제1 투광 전극(120)과 제2 투광 전극(110) 사이에 위치하며 적색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층(130R)을 포함할 수 있다.
상기 청색 화소(100B)의 광 활성층(130B)은 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 녹색 화소(100G)의 광 활성층(130G)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 적색 화소(100R)의 광 활성층(130R)은 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질과 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 n형 반도체 물질을 포함할 수 있다.
한편, 도 6에서는 일 예로서 적색 화소(100R), 녹색 화소(100G), 및 청색 화소(100B)가 아래에서 위로 차례로 수직으로 적층된 제1 이미지 센서를 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 각 이미지 센서의 구성에 따라, 청색 화소, 녹색 화소, 및 적색 화소의 적층 순서는 달라질 수 있다.
도 6에 나타낸 제1 이미지 센서의 제1 투광 전극(120) 및 제2 투광 전극(110)은, 도 2을 참조하여 설명한 제1 이미지 센서의 제1 화소 전극(120) 및 제2 화소 전극(110B, 110R, 110G)과 각각 동일한 구성을 가지며, 따라서 이들 제1 투광 전극 및 제2 투광 전극에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 도 1에 나타낸 3 차원 영상 획득 장치(700)의 결상 광학계(500)를 구성하는 제2 이미지 센서(750)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 이미지 센서(730)와 유사하게, 광이 입사하는 쪽에 위치하는 제1 투광 전극(20IR), 상기 제1 투광 전극과 마주보는 위치에 배치되는 제2 투광 전극(10IR), 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 적외선 영역의 광을 선택적으로 감지하는 물질을 포함하는 광활성층(30IR)을 포함하는 유기 광전 소자로 구성될 수 있다.
상기 적외선 영역의 광을 선택적으로 감지하는 물질을 포함하는 광 활성층(30IR)은 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 p형 반도체 물질과 PN 접합을 형성하는 n형 반도체 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체 물질은 정공이 다수의 캐리어가 되는 반도체 물질로서, 예를 들어, 700 nm 이상의 파장 대역의 광을 흡수할 수 있는 프탈로시아닌계 화합물을 들 수 있다. 상기 프탈로시아닌계 화합물의 예로는, 주석계, 알루미늄계, 나트륨계, 세슘계, 망간계 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, 옥시 티타늄 프탈로시아닌(oxy titanium phthalocyanine) 등을 들 수 있다. 이 중 주석계 프탈로시아닌 화합물인 SnPC의 경우 600 nm 내지 900 nm 파장 대역의 광흡수 특성을 나타낸다.
상기 n형 반도체 물질은 전자가 다수의 캐리어가 되는 반도체성 유기물질로서, 예를 들어 C60 또는 C70 등의 플러렌(Fullerene)류를 들 수 있다. 또는, 나프탈렌 테트라카르복실릭 안하이드라이드(NTCDA), Alq3 (tris-(8-hydroxyquinoline)aluminium), Bebq2(bis(benzoquinoline)berellium) 등을 사용할 수 있다.
제2 이미지 센서의 제1 투광 전극(20IR) 및 제2 투광 전극(10IR)은, 도 2을 참조하여 설명한 제1 이미지 센서의 제1 화소 전극(120) 및 제2 화소 전극(110B, 110R, 110G)과 각각 동일한 구성을 가질 수 있고, 따라서 이들 제1 투광 전극 및 제2 투광 전극에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 7에는 나타내지 않았으나, 상기 제2 이미지 센서(750)의 제1 투광 전극(20IR) 상부에는 가시광선 파장 영역의 광을 흡수하는 물질을 포함하는 가시광선 흡수층이 더 형성될 수도 있다. 제1 이미지 센서(730)에서 흡수되지 않고 제2 이미지 센서(750)에 도달하는 가시광 영역 파장의 광은 미미할 것이나, 필요에 따라, 제2 이미지 센서(750)의 제1 투광 전극(20IR) 상부에 가시광 영역 파장의 광이 투과하지 않도록 가시광선 흡수층을 더 형성할 수 있다. 또는, 상기 제2 이미지 센서(750)의 상부에 TOF (Time-of-Flight) 센서를 추가 형성하여 제2 이미지 센서(750)로 입사하는 조명광 또는 적외선 광을 변조하도록 할 수 있다.
한편, 본 구현예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 광학 결상계(500)의 제 1 이미지 센서(730)는 특정 가시광 영역의 광을 흡수, 감지하는 물질을 포함하는 유기 광전 소자로 이루어질 수 있으나, 제 2 이미지 센서(750)는 제1 이미지 센서(730)와 달리 반드시 유기 광전 소자로 이루어지지 않아도 된다. 즉, 제2 이미지 센서(750)의 앞 부분에 위치하여 가시광 영역의 광을 흡수하고 나머지 광을 제2 이미지 센서(750)로 전달하여야 하는 제1 이미지 센서(730)와 달리, 제1 이미지 센서(730) 뒤쪽에 위치하는 제2 이미지 센서(750)는 무기 광전 소자, 예를 들어 CCD(charge-coupled device)나 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)와 같은 반도체 촬상 소자로 이루어질 수도 있다.
또한, 제 1 이미지 센서(730)는 가시광 영역의 광을 감지하여 컬러 영상을 생성하므로 일반적으로 청색, 녹색, 및 적색 영역의 광을 감지하는 화소를 포함하는 다수의 화소들을 포함하며, 각 화소별로 입사광의 광량을 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 일반적인 컬러 영상을 생성하기 위한 제 1 이미지 센서(730)는 깊이 정보만 갖는 깊이 영상을 생성하기 위한 제 2 이미지 센서(750)보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 따라서, 제 2 이미지 센서(750)는 제 1 이미지 센서(730)에 비해 작은 크기를 가질 수 있다. 제 1 이미지 센서(730)와 제 2 이미지 센서(750)의 크기가 다를 경우, 제 1 이미지 센서(730)에 의해 생성되는 컬러 영상과 제 2 이미지 센서(750)에 의해 생성되는 깊이 영상 사이에 시야각(field of view)의 불일치가 발생할 수 있다. 즉, 크기가 큰 제 1 이미지 센서(730)는 넓은 시야각을 갖는 컬러 영상을 생성하지만, 제 2 이미지 센서(750)는 상대적으로 좁은 시야각을 갖는 깊이 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시하지는 않았으나, 제 1 이미지 센서(730)와 제 2 이미지 센서(750) 사이에 시야각을 일치시키기 위하여 영상을 축소하는 기능을 갖는(즉, 배율이 1보다 작은) 축소 광학계를 제1 이미지 센서(730)와 제2 이미지 센서(750) 사이에 더 배치할 수 있다. 그러면 제 2 이미지 센서(750)에는 축소 광학계에 의해 축소된 영상이 입사하기 때문에 제 2 이미지 센서(750)에 의해 생성되는 깊이 영상의 시야각이 그만큼 넓어질 수 있다.
이상 설명한 것과 같은 다양한 실시예에 따른 유기 광전 소자를 포함하여 컬러 영상을 생성하는 제1 이미지 센서(730), 및 제1 이미지 센서(730)에서 가시광 영역의 광이 흡수되고 나머지 피사체로부터 반사된 조명광을 감지하여 입체 영상을 생성하는 제2 이미지 센서(750)를 포함하는 상기 구현예에 따른 결상 광학계(500)는 다양한 3차원 영상 획득 장치에서 유용하게 사용될 수 있다. 3 차원 영상 획득 장치의 예로는 3D 카메라, 거리 측정기, 동작 인식기, 게임기 등을 들 수 있으며, 이들에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 1에 나타낸 일 구현예에 따른 3차원 영상 획득 장치(700) 내 결상 광학계(500)는 대물렌즈(720)와 제1 이미지 센서(730), 및 제2 이미지 센서(750)를 포함하는 예를 설명하였으나, 다른 구현예에 따른 3차원 영상 획득 장치용 결상 광학계는 제1 이미지 센서(730)와 제2 이미지 센서(750) 사이에 제1 이미지 센서(730)로부터 투과된 광 중 조명광, 예를 들어 적외선 영역의 광을 투과시키는 광 셔터 모듈(740)을 더 포함할 수 있다.
도 8은 다른 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계(600) 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치(900)의 구조를 예시적으로 보여주는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 3 차원 영상 획득 장치(900)는 소정의 파장을 갖는 조명광을 발생시키는 광원(710), 외부의 피사체(도시되지 않음)로부터 반사된 가시광과 조명광을 포커싱하는 대물렌즈(720), 상기 대물렌즈(720)에 의해 포커싱되는 가시광을 감지하여 컬러 영상을 생성하는 제 1 이미지 센서(730), 제1 이미지 센서(730)를 투과한 광 중 조명광을 투과시키는 광 셔터 모듈(740), 및 광 셔터 모듈(740)로부터 출사한 조명광을 감지하여 깊이 영상을 생성하는 제2 이미지 센서(750), 컬러 영상과 깊이 영상을 이용하여 3D 영상을 생성하는 영상 신호 처리부(770), 및 상기 광원(710), 상기 제 1 이미지 센서(730), 상기 광 셔터 모듈(740), 상기 제2 이미지 센서(750), 및 상기 영상 신호 처리부(770)들의 동작을 제어하는 제어부(780)를 포함할 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치(800)는 최종적인 3D 영상을 저장하기 위한 메모리(790)와 3D 영상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이 패널(800)을 더 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 예에서 점선으로 묶어서 표시한 바와 같이, 대물렌즈(720), 제 1 이미지 센서(730), 광 셔터 모듈(740), 및 제 2 이미지 센서(750)는 3 차원 영상 획득 장치(900)의 결상 광학계(600)를 구성한다. 광 셔터 모듈(740)은 가시광 대역의 광을 감지하는 제1 이미지 센서(730)의 후방에 위치하여 제1 이미지 센서(730)를 투과한 광 중 조명광, 예를 들어, 적외선 대역의 광을 제2 이미지 센서(750)로 투과시킬 수 있다.
도 8에 나타낸 3차원 영상 획득 장치(900)에서, 대물렌즈(720)에 의해 포커싱되는 광 중 가시광 영역의 광은 제1 이미지 센서(730)에서 감지되어 컬러 영상을 생성한다. 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 이미지 센서(730)는 1 이상의 화소부, 특히 가시광 영역의 광을 감지하는 물질을 포함하는 유기 광전 소자를 포함하는 컬러 화소들을 포함할 수 있다. 따라서, 대물렌즈(720)를 통해 포커싱된 광 중 가시광 영역의 광은 가시광 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 물질을 포함하는 제1 이미지 센서(730)의 유기 광전 소자들에 의해 대부분 흡수되고, 가시광을 제외한 나머지 광이 제1 이미지 센서(730)를 투과하여 광 셔터 모듈(740)로 전달된다. 광 셔터 모듈(740)은 상기 나머지 광 중 조명광, 예를 들어, 적외선 영역의 광, 예를 들어, 근적외선 영역인 700 nm 내지 1,100 nm 파장 범위의 광, 또는 800 nm 내지 1,100 nm 파장 범위의 광을 투과시킬 수 있고, 따라서, 광 셔터 모듈(740)을 투과한 적외선 영역의 광만 제2 이미지 센서(750)에 도달하여 제2 이미지 센서(750)에서 깊이 영상을 생성할 수 있다.
상기와 같이, 상기 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치(900)용 결상 광학계(600)는 대물렌즈(720)의 후방에 바로 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 이미지 센서(730)가 위치하고, 제1 이미지 센서(730)의 후방에 적외선 대역의 광을 투과시키는 광 셔터 모듈(740)을 포함하며, 그 뒤에 적외선 대역의 광을 감지하는 제2 이미지 센서(750)가 존재함에 따라, 광 셔터 모듈(740)은 가시광과 조명광, 즉 가시광과 적외선 광을 분리하기 위한 별도의 복잡한 구성을 필요로 하지 않는다. 즉, 제1 이미지 센서(730)는 가시광을 선택적으로 흡수, 감지하는 물질을 포함함으로써 제1 이미지 센서(730)를 통과한 광에서 가시광은 대부분 제거되고, 적외선 광을 포함한 나머지 광만 광 셔터 모듈(740)을 통과함에 따라, 광 셔터 모듈(740)은 입사광으로부터 가시광을 분리하는 별도의 구성 없이 적외선 광만 투과시켜 제2 이미지 센서(750)로 전달한다. 또한, 제2 이미지 센서(750)는 적외선 광만 선택적으로 흡수하여 감지함에 따라, 본 구현예에 따른 3 차원 영상 획득 장치(900)용 결상 광학계(600)에서 상기 광 셔터 모듈(740)은 입사광으로부터 가시광과 적외선 광을 분리하는 별도의 구성을 필요로 하지 않으므로 보다 얇고 작게 제작될 수 있고, 이로 인해 전체 결상 광학계(600) 및 이를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치(900) 또한 보다 작고 얇게 제작될 수 있다. 이로 인해 3 차원 영상 획득 장치(900)의 제조 비용을 절감할 수 있고 광 효율 또한 증대시킬 수 있다.
광 셔터 모듈(740)은 제 1 이미지 센서(730)를 통과한 광 중 조명광, 즉 적외선 영역의 광을 투과시킬 수 있는 것이라면 어떤 재료로 제작되어도 좋고, 가시광이나 기타 영역의 광으로부터 조명광, 또는 적외선 영역의 광을 분리하여 투과시키기 위한 추가의 구성을 필요로 하지 않는다.
그러나, 일 실시예에서, 광 셔터 모듈(740)은 제1 이미지 센서(730)에서 흡수되지 않은 일부 가시광 영역의 광을 제거하여 적외선 영역의 광을 더욱 효율적으로 투과하기 위해 광 셔터 모듈(740)의 일면 또는 양면 모두, 특히 제1 이미지 센서(730)를 향하는 표면 상에 파장 선택성 미러, 즉 가시광을 반사시키는 가시광 반사층을 더 구비할 수도 있다. 이 때, 제1 이미지 센서(730)에서 흡수되지 못하고 투과한 일부 가시광은 상기 파장 선택성 미러로부터 반사되어 제거될 수 있고, 적외선 파장 영역의 광은 파장 선택성 미러를 통과하여 그 아래 위치한 적외선 대역의 광을 변조하는 광 셔터를 거쳐 제2 이미지 센서(750)에서 감지될 수 있다. 상기 광 셔터는 피사체에 대한 깊이 정보를 얻기 위해 일반적인 광시간비행법(TOF)에 따라 제1 이미지 센서로부터 투과된 조명광, 예를 들어, 적외선 광을 소정의 이득 파형으로 변조할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 셔터는 수십 내지 수백 MHz의 초고속 구동이 가능한 GaAs 기반의 반도체 변조기일 수 있다.
도 8에 나타낸 3차원 영상 획득 장치(900) 내 광원(710), 대물렌즈(720), 제1 이미지 센서(730), 제2 이미지 센서(750), 영상 신호 처리부(770), 제어부(780), 메모리(790), 및 3D 영상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이 패널(800) 등의 구성은 상기 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 9는 일 실시예에 따른 광 셔터 모듈(740)의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 광 셔터 모듈(740)은 기판(10) 위에 배치되며 특정 파장 대역의 광, 예를 들어 가시광 영역의 광을 반사하는 제1 및 제2 반사층(11, 16), 제1 및 제2 반사층(11, 16) 사이에 배치되며 전기장에 따라 굴절률이 변하는 결정질의 전광 박막층(14), 전광 박막층(14)을 중심으로 제1 및 제2 반사층(11, 16) 사이에 이격 배치되어 전광 박막층(14)에 전기장을 인가하는 제1 및 제2 전극(12, 15), 그리고 제1 전극(12)과 전광 박막층(14) 사이 및 제2 전극(15)과 전광 박막층(14) 사이 중 적어도 하나의 영역에 배치되어 전광 박막층(14)으로의 전류 유입을 방지하는 통전 방지층(13)을 포함한다.
상기 기판(10)은 광이 투과할 수 있도록 투명한 비정질 물질, 예를 들어 유리, 사파이어, 실리콘, III-V 족 GaAs 등으로 이루어질 수 있다. 기판(10)의 재질은 변조하고자 하는 광의 파장 대역이나 반사형 또는 투과형 여하에 따라 선택될 수 있다.
제1 및 제2 반사층(11, 16)은 굴절률이 서로 다른 두 종류 이상의 투명한 유전체 박막을 번갈아 적층하여 특정 파장 대역의 광에 대해 높은 반사도를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 유전체 박막 대신 얇은 금속 등과 같이 빛의 투과 및 반사 특성을 동시에 갖는 층을 제1 및 제2 반사층(11, 16)으로서 사용할 수 있다. 제1 반사층(11)과 제2 반사층(16)은 동일한 물질로, 동일한 구조로 형성될 수 있고, 이들 중 하나 이상이 생략될 수도 있다.
제1 반사층(11)과 제2 반사층(16)의 반사율은 동일할 수 있으며, 각각 97% 이상일 수 있다. 그러면 입사광은 전광 박막층(14)을 가운데 두고 제1 반사층(11)과 제2 반사층(16) 사이에서 공진하며, 공진 모드에 해당하는 좁은 파장 대역의 광만 투과할 수 있다. 따라서, 제1 반사층(11), 전광 박막층(14), 및 제2 반사층(16)을 포함하는 구조는 제어 가능한 단파장 투과 특성을 갖는 패브리-페로 필터(Fabry-Perot Filter)의 역할을 한다. 투과되는 광의 파장 대역은 전광 박막층(14)의 굴절률과 두께에 따라 제어될 수 있다.
전광 박막층(14)은 전기장이 인가되면 굴절률이 변하는 물질, 즉, EO(electro-optic) 효과를 나타내는 재료로 이루어질 수 있는데, 이러한 재질은 전기장의 크기에 따라 공지되는 빛의 파장을 변화시키는 성질을 갖는다. 이러한 물질로서, 예를 들어, KTN, LiNbO3, PZT, PLZT, 액정(Liquid Crystal) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
전광 박막층(14)은 또한 전기장이 인가되면 광 흡수율이 변하는 물질, 즉, EA(electro-absoption) 효과를 나타내는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, III-V 족 반도체를 이용한 다중양자우물(multiple quantum well: MQW) 구조를 포함하여 이루어질 수 있으며, 전기장 인가에 따라 MQW 내의 흡수 파장이 이동(shift)되는 성질이 이용된다.
제1 전극(12)과 제2 전극(15)은 전광 박막층(14)에 전기장이 형성되도록 전압을 인가하기 위해 마련된 것으로, 투명 전도성 재질로 이루어질 수 있다.
통전 방지층(13)은 제1 및 제2 전극(12, 15) 중 적어도 하나와 전광 박막층(14) 간의 전기적 통전을 방지한다. 통전 방지층(13)은 ZrO2, TiO2, MgO, CeO2, Al2Oe, HfO2, NbO, SiO2, Si3N4 중 어느 하나 이상을 포함하는 절연 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 통전 방지층(13)의 절연 물질은 전광 박막층(14)의 물질 특성에 따라 그 종류가 달라질 수 있다.
통전 방지층(13)은 도 9에 도시한 바와 같이 제1 및 전극(12)과 전광 박막층(14) 사이에 배치될 수도 있고, 전광 박막층(14)과 제2 전극(15) 사이에 배치될 수도 있다. 또는, 제1 전극(12)과 전광 박막층(14) 사이 및 제2 전극(15)과 전광 박막층(14) 사이 모두에 배치될 수도 있다.
이상에서 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 하나의 공통 대물렌즈;
    상기 대물렌즈에 의해 포커싱되는 광 중 가시광 대역의 광을 감지하는 제1 이미지 센서; 및
    상기 제1 이미지 센서를 투과한 광 중 적외선 대역의 광을 감지하는 제2 이미지 센서를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 이미지 센서는 복수의 화소부를 포함하는 유기 이미지 센서로서,
    상기 복수의 화소부에 각각 대응하여 서로 이격되어 배열된 복수의 제2 화소 전극,
    상기 제2 화소 전극들 사이 및 그 위에서 연속적인 필름 형태로 배치되고 복수의 화소부에 공통으로 포함되는 가시광선 전 영역의 광을 감지하는 유기 흡광 물질을 포함하는 광 활성층,
    상기 광 활성층 상부에 연속적인 필름 형태로 배치되고 복수의 화소부에 공통으로 적용되며 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 화소 전극, 및
    상기 제1 화소 전극 상부에 상기 복수의 화소부 각각에 대응하여 배치되며 각각의 화소부가 감지하는 특정 파장 영역의 광을 투과시키는 복수의 컬러필터를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 컬러필터들은 제1 컬러필터, 제2 컬러필터, 및 제3 컬러필터를 포함하고,
    상기 제1 컬러필터는 400nm 이상 500nm 미만의 광을 선택적으로 투과시키고,
    상기 제2 컬러필터는 500nm 내지 580nm의 광을 선택적으로 투과시키고, 그리고
    상기 제3 컬러필터는 580nm 초과 700nm의 광을 선택적으로 투과시키는 것인,
    3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 이미지 센서는 1 이상의 청색 화소, 1 이상의 녹색 화소, 및 1 이상의 적색 화소를 포함하고,
    상기 1 이상의 청색 화소는 각각, 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 청색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고,
    상기 1 이상의 녹색 화소는 각각, 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 녹색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고,
    상기 1 이상의 적색 화소는 각각, 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 적색 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하는,
    3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  5. 제4항에서,
    상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소가 모두 수평으로 인접하여 배열되는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  6. 제4항에서,
    상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소 중 2 가지 색 화소는 서로 수평으로 인접하여 배열되고, 나머지 1 가지 색 화소는 상기 2 가지 색 화소가 서로 수평으로 인접하여 배열된 층 위에 수직으로 적층되는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  7. 제6항에서,
    상기 1 이상의 청색 화소 및 상기 1 이상의 적색 화소는 수평으로 인접하여 배열되고, 상기 1 이상의 녹색 화소는 상기 1 이상의 청색 화소와 1 이상의 적색 화소가 수평으로 인접하여 배열된 층 위에 수직으로 적층되는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  8. 제4항에서,
    상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소가 수직으로 적층된 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  9. 제8항에서, 상기 1 이상의 청색 화소, 상기 1 이상의 녹색 화소, 및 상기 1 이상의 적색 화소가 상기 대물렌즈 측으로부터 차례로 적층되어 있는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 청색 화소는 400nm 이상 500nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고,
    상기 녹색 화소는 500nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하고, 그리고
    상기 적색 화소는 580nm 초과 700nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하는 것인,
    3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  11. 제1항에서,
    상기 제2 이미지 센서는 광이 입사되는 측에 위치하는 제1 투광 전극, 상기 제1 투광 전극과 마주보는 제2 투광 전극, 및 상기 제1 투광 전극과 제2 투광 전극 사이에 위치하며 적외선 대역의 광을 흡수하는 유기 물질을 포함하는 광 활성층을 포함하는 것인 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  12. 제1항에서, 상기 제2 이미지 센서는 적외선 대역의 광을 감지하는 실리콘 포토다이오드를 포함하는 것인 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  13. 제1항에서, 상기 결상 광학계는 상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서 사이에 상기 제1 이미지 센서를 투과한 광 중 적외선 대역의 광을 투과시키는 광 셔터 모듈을 더 포함하는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  14. 제13항에서, 상기 광 셔터 모듈은, 가시광 대역의 광을 반사하고 적외선 대역의 광을 투과시키는 파장 선택성 미러, 및 소정의 이득 파형으로 상기 적외선 대역의 광을 변조하는 광 셔터를 포함하는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  15. 제13항에서, 상기 제1 이미지 센서, 상기 광 셔터 모듈, 및 상기 제2 이미지 센서는 모두 광축을 따라 차례로 광축에 수직으로 배열되어 있는 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계.
  16. 제1항 내지 제9항 및 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 3 차원 영상 획득 장치용 결상 광학계,
    적외선 대역의 광을 발생시켜 피사체에 조사하는 광원,
    상기 결상 광학계의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서로부터 출력되는 제1 및 제2 영상 신호를 이용하여 3차원 영상을 생성하는 영상 신호 처리부, 및
    상기 광원과 상기 영상 신호 처리부의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 3차원 영상 획득 장치.
  17. 제16항에 따른 3차원 영상 획득 장치를 포함하는 3D 카메라.
  18. 제16항에 따른 3차원 영상 획득 장치를 포함하는 거리측정기.
  19. 제16항에 따른 3차원 영상 획득 장치를 포함하는 동작인식기.
  20. 제16항에 따른 3차원 영상 획득 장치를 포함하는 게임기.
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EP16151927.7A EP3059950B1 (en) 2015-01-30 2016-01-19 Optical imaging system for 3d image acquisition apparatus and 3d image acquisition apparatus including the optical imaging system
US15/005,065 US10869018B2 (en) 2015-01-30 2016-01-25 Optical imaging system for 3D image acquisition apparatus and 3D image acquisition apparatus including the optical imaging system

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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6442710B2 (ja) * 2013-07-23 2018-12-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置、撮像装置及びその駆動方法
CN108110017A (zh) * 2016-11-24 2018-06-01 比亚迪股份有限公司 复合像素单元及其制备方法、像素阵列及其应用
CN107049254A (zh) * 2017-04-05 2017-08-18 展谱光电科技（上海）有限公司 便携式多光谱摄像和投影装置及方法
US12009379B2 (en) 2017-05-01 2024-06-11 Visera Technologies Company Limited Image sensor
US11221446B2 (en) * 2017-05-08 2022-01-11 Sony Corporation Laser device assembly
EP3474328B1 (en) * 2017-10-20 2021-09-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Combination sensors and electronic devices
EP3508880A1 (en) * 2018-01-05 2019-07-10 Koninklijke Philips N.V. Laser arrangement with optical filter
JP2022500675A (ja) * 2018-09-11 2022-01-04 エヌライト, インコーポレイテッドNlight, Inc. ３次元撮像のための電気光学変調器およびその使用方法と製造方法
CN109889707B (zh) * 2019-02-02 2020-12-18 北京空间机电研究所 一种纸片成像系统
KR102649560B1 (ko) * 2019-05-24 2024-03-19 삼성전자주식회사 광학 무선 통신 시스템
FR3098991B1 (fr) * 2019-07-19 2023-08-25 Isorg Pixel de capteur d’images
US11828851B2 (en) 2020-01-20 2023-11-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Wide-field resonant electro-optic imaging devices and applications
CN111584673A (zh) * 2020-05-22 2020-08-25 成都天马微电子有限公司 传感器、传感器的制造方法及电子设备
EP4369403A1 (en) * 2021-07-16 2024-05-15 Huawei Technologies Co., Ltd. Image sensor and electronic device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651001A (en) * 1983-12-19 1987-03-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Visible/infrared imaging device with stacked cell structure
US5847758A (en) * 1995-08-11 1998-12-08 Sony Corporation Color CCD solid-state image pickup device
WO1999009603A1 (en) * 1997-08-15 1999-02-25 Uniax Corporation Organic diodes with switchable photosensitivity
JP2009272620A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Samsung Electronics Co Ltd 積層型イメージセンサー
US20110234893A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid state imaging device, camera module, and method for manufacturing solid state imaging device
US20120300038A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Inha Industry Partnership Institute Photonic crystal type light modulator and 3d image acquisition apparatus employing the same
US20130107005A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Image processing apparatus and method

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09166493A (ja) * 1995-12-15 1997-06-24 Nikon Corp 撮像装置、撮像方法、および受光装置
JP4012995B2 (ja) * 1997-01-21 2007-11-28 ソニー株式会社 画像撮像装置および方法
JP2000059798A (ja) * 1998-08-10 2000-02-25 Sony Corp 近赤外光／可視光共用撮像装置
US6483099B1 (en) 1998-08-14 2002-11-19 Dupont Displays, Inc. Organic diodes with switchable photosensitivity
JP4931288B2 (ja) * 2001-06-08 2012-05-16 ペンタックスリコーイメージング株式会社 画像検出装置と絞り装置
US20070201859A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 Logitech Europe S.A. Method and system for use of 3D sensors in an image capture device
JP5087304B2 (ja) * 2007-03-30 2012-12-05 富士フイルム株式会社 固体撮像素子の製造方法
KR20090123540A (ko) 2008-05-28 2009-12-02 삼성전자주식회사 유기 광전 변환막, 이를 구비하는 광전 변환 소자 및이미지 센서
JP4802286B2 (ja) 2009-08-28 2011-10-26 富士フイルム株式会社 光電変換素子及び撮像素子
JP5447938B2 (ja) * 2009-09-01 2014-03-19 株式会社リコー 画像形成装置
KR101666600B1 (ko) * 2009-11-12 2016-10-17 삼성전자주식회사 유기 광전변환막을 이용한 입체용 컬러 이미지센서
CN103210641B (zh) * 2010-02-19 2017-03-15 双光圈国际株式会社 处理多孔径像数据
JP5610796B2 (ja) 2010-03-08 2014-10-22 新日鐵住金ステンレス株式会社 炭化水素燃焼排ガスから発生する凝縮水環境における耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼
KR101703311B1 (ko) 2010-03-08 2017-02-13 삼성전자주식회사 적외선 센서, 이를 포함하는 터치패널 및 입체용 컬러 이미지센서
US20120098971A1 (en) * 2010-10-22 2012-04-26 Flir Systems, Inc. Infrared binocular system with dual diopter adjustment
FR2969819A1 (fr) 2010-12-22 2012-06-29 St Microelectronics Grenoble 2 Capteur d'image tridimensionnel
JP2012238774A (ja) 2011-05-13 2012-12-06 Fujifilm Corp 撮像装置
KR20130014222A (ko) 2011-07-29 2013-02-07 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자시스템
KR101861650B1 (ko) 2011-10-17 2018-05-29 삼성전자주식회사 이미지 센서, 이를 포함하는 전자 시스템 및 그 이미지 센싱 방법
KR101885244B1 (ko) 2011-11-07 2018-08-06 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
WO2013108656A1 (ja) * 2012-01-16 2013-07-25 ソニー株式会社 固体撮像素子およびカメラシステム
KR101989907B1 (ko) 2012-05-31 2019-06-17 삼성전자주식회사 유기 이미지 센서 및 그 제조방법
KR101860084B1 (ko) 2012-07-06 2018-05-23 삼성전자주식회사 유기 광전 재료, 상기 유기 광전 재료를 포함하는 유기 광전 소자 및 이미지 센서
US9379343B2 (en) 2012-09-10 2016-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Light transmissive electrode, organic photoelectric device, and image sensor
KR101920848B1 (ko) 2012-09-13 2018-11-22 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR101960468B1 (ko) 2012-10-08 2019-03-21 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR101858577B1 (ko) * 2012-10-10 2018-05-16 삼성전자주식회사 결상 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치
KR102000719B1 (ko) 2012-10-25 2019-07-19 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR20140147376A (ko) * 2013-06-19 2014-12-30 삼성전자주식회사 적층형 컬러-깊이 센서 및 이를 채용한 3차원 영상 획득 장치

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651001A (en) * 1983-12-19 1987-03-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Visible/infrared imaging device with stacked cell structure
US5847758A (en) * 1995-08-11 1998-12-08 Sony Corporation Color CCD solid-state image pickup device
WO1999009603A1 (en) * 1997-08-15 1999-02-25 Uniax Corporation Organic diodes with switchable photosensitivity
JP2009272620A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Samsung Electronics Co Ltd 積層型イメージセンサー
US20110234893A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid state imaging device, camera module, and method for manufacturing solid state imaging device
US20120300038A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Inha Industry Partnership Institute Photonic crystal type light modulator and 3d image acquisition apparatus employing the same
US20130107005A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Image processing apparatus and method

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