KR20210138219A - 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템 - Google Patents

광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20210138219A
KR20210138219A KR1020200056251A KR20200056251A KR20210138219A KR 20210138219 A KR20210138219 A KR 20210138219A KR 1020200056251 A KR1020200056251 A KR 1020200056251A KR 20200056251 A KR20200056251 A KR 20200056251A KR 20210138219 A KR20210138219 A KR 20210138219A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
refractive index
transparent substrate
lenses
optical filter
Prior art date
Application number
KR1020200056251A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102426399B1 (ko
Inventor
이등근
김민석
Original Assignee
주식회사 옵트론텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 옵트론텍 filed Critical 주식회사 옵트론텍
Priority to KR1020200056251A priority Critical patent/KR102426399B1/ko
Publication of KR20210138219A publication Critical patent/KR20210138219A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102426399B1 publication Critical patent/KR102426399B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Blocking Light For Cameras (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 렌즈 시스템은, 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들; 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및 렌즈들과 이미지 센서 사이에 배치된 반사 방지기를 포함하고, 광학 필터는 제1 투명 기판, 제1 투명 기판의 양면 상에 각각 배치된 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체를 포함하고, 광학 필터는 밴드 패스 필터이며, 제1 필터 적층체는 밴드 패스 필터의 컷-온 에지를 정의하고, 제2 필터 적층체는 밴드 패스 필터의 컷-오프 에지를 정의한다.

Description

광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템{OPTICAL FILTER AND LENS SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템에 관한 것으로, 특히, 카메라 모듈에 사용되는 렌즈 시스템에 관한 것이다.
자동차, 휴대폰, CCTV 등 다양한 분야에서 광학 촬상 및 센싱을 위한 카메라 시스템에 다양한 렌즈 시스템들이 사용되고 있다. VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), 자율 주행 차량, 드론, 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등에 있어서 카메라 시스템은 대상 물체를 감지하기 위한 핵심 구성요소이며, 이러한 카메라 시스템에 렌즈 시스템이 필수적으로 구비된다.
이하에서, 비행 시간(Time of Flight: ToF) 카메라에서 3D 이미지 센싱을 위한 센싱 모듈에 사용되는 렌즈 시스템을 예를 들어 설명한다.
도 1은 ToF 카메라의 센싱 모듈을 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 ToF 카메라의 센싱 모듈 내 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 3은 종래의 광학 필터(50)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 센싱 모듈은 회로 기판(10), 커넥터(11), 광원 유닛, 렌즈 시스템, 및 이미지 센서(60)를 포함한다. 광원 유닛은 드라이버(21), 레이저 소자(23), 및 확산기(25)를 포함할 수 있다. 렌즈 시스템은 복수의 렌즈들을 지지하는 렌즈 배럴(30), 렌즈 하우징(40), 광학 필터(50)를 포함한다.
회로 기판(10)은 드라이버(21) 및 이미지 센서(60)에 전기적으로 연결되는 회로를 포함하며, 커넥터(11)를 통해 프로세서에 연결될 수 있다 커넥터(11)는 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 커넥터일 수 있다.
레이저 소자(23)는 예를 들어 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)을 포함할 수 있으며, 적외선 영역의 레이저 광을 방출할 수 있다. 드라이버(21)는 프로세서의 제어 신호에 따라 레이저 소자(23)를 구동시킨다.
확산기(25)는 레이저 소자(23)로부터 방출된 광을 확산시킨다. 확산기(25)에 의해 레이저 광이 분산되며 이에 따라 조명 필드(field of illumination, FoI, f1)가 형성된다.
조명 필드(f1)로 분산된 광은 대상 물체에서 반사되며, 반사된 광 중에서 렌즈 시스템의 시야각 내에 위치하는 광 필드(f2)가 렌즈 배럴(30)로 입사된다.
렌즈 배럴(30)은 렌즈 하우징(40) 내에 배치될 수 있으며, 복수의 렌즈(도 2의 L1, L2, L3, L4, L5)를 포함한다. 입사된 광은 렌즈 배럴(30) 내의 렌즈들에 의해 이미지 센서(60)에 상을 형성한다. ToF 카메라의 센싱 모듈은 레이저 소자(23)에서 방출된 광이 대상 물체에서 반사되어 이미지 센서(60)에 의해 센싱되는 시간을 이용하여 대상 물체의 3D 이미지를 구현한다.
한편, 광학 필터(50)는 렌즈들을 통과한 광 중에서 노이즈에 해당되는 광을 필터링하고, 특정 파장 영역의 광을 투과시킨다. 특히, 광학 필터(50)는 레이저 소자(23)에서 방출된 광을 투과시키고, 가시광 등의 다른 파장 대역의 광을 차단한다.
도 2를 참조하면, 렌즈 시스템은 조리개(31), 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5), 및 광학 필터(50)를 포함할 수 있다. 조리개(31) 및 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)는 렌즈 배럴(30) 내에 장착될 수 있으며, 광학 필터(50)는 하우징(40)의 하면에 부착될 수 있다.
렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 다양한 형상을 가지며, 이미지 센서(60)에 상을 형성하도록 배열된다. 조리개(31)는 렌즈들에 입사되는 입사동을 결정하며, 제1 렌즈(L1)와 대상 물체 사이에 배치될 수 있다.
한편, 광학 필터(50)는 이미지 센서(60)와 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치된다. 광학 필터(50)는 도 3에 도시되듯이 투명 기판(51), 필터 적층체(53), 및 반사 방지 코팅(55)을 포함한다.
투명 기판(51)은 레이저 소자(23)에서 방출된 광을 투과시키는 기판으로 예컨대 글래스 기판일 수 있다. 투명 기판(51)은 필터 적층체(53) 및 반사 방지 코팅(55)을 지지한다.
필터 적층체(53)는 투명 기판(51)의 상면에 배치되고, 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 필터 적층체(53)는 레이저 소자(23)에서 방출된 광을 투과시키기 위한 통과 대역을 정의한다.
한편, 반사 방지 코팅(55)은 투명 기판(51)의 하면에 배치된다. 반사 방지 코팅(55)은 투명 기판(51)을 통과하는 광이 기판 하면에서 반사되는 것을 방지하여 광 투과율을 개선한다.
종래 기술에 따르면, 적외선 영역의 통과 대역을 갖는 밴드 패스 필터(50)를 렌즈 배럴(30)과 이미지 센서(60) 사이에 배치함으로써 신호대 잡음비를 줄일 수 있다. 그러나 종래 기술에 따른 렌즈 시스템에서 잘못된 이미지가 형성되는 문제점이 여전히 발생하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 잘못된 이미지를 줄여 선명한 화질을 구현할 수 있는 렌즈 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 시스템은, 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들; 상기 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및 상기 렌즈들과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 반사 방지기를 포함하고, 상기 광학 필터는 제1 투명 기판, 상기 제1 투명 기판의 양면 상에 각각 배치된 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체를 포함하고, 상기 광학 필터는 밴드 패스 필터이며, 상기 제1 필터 적층체는 상기 밴드 패스 필터의 컷-온 에지를 정의하고, 상기 제2 필터 적층체는 상기 밴드 패스 필터의 컷-오프 에지를 정의한다.
상기 광학 필터를 렌즈들 사이에 배치하고, 렌즈들과 이미지 센서 사이에 방사 방지기를 배치함으로써 반사광이 이미지 센서에 입사되는 것을 감소시킬 수 있다.
나아가, 제1 투명 기판의 양면에 각각 제1 필터 적층체와 제2 필터 적층체를 배치함으로써 제1 투명 기판에 발생되는 휨을 감소시킬 수 있어, 광학 필터 제작에 적합하다.
상기 반사 방지기는 제2 투명 기판 및 상기 제2 투명 기판의 양면 상에 각각 배치된 반사 방지 코팅들을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체의 전체 두께 차이는 1um 미만일 수 있다. 제1 필터 적층체와 제2 필터 적층체의 두께 차이를 줄임으로써 제1 투명 기판의 휨을 더욱 줄일 수 있다.
상기 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체 각각의 전체 두께는 1um 내지 5um 범위 내일 수 있다. 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체의 두께를 5um 이하로 함으로써 각 필터 적층체 내에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체는 각각 복수의 고굴절률층과 복수의 저굴절률층을 포함하되, 800 내지 1100nm의 파장 범위 내에서, 상기 고굴절층들은 3.0 이상의 굴절률을 갖고, 상기 저굴절률층들은 3.0 미만의 굴절를을 가질 수 있다.
나아가, 상기 복수의 고굴절률층은 수소화된 실리콘층 또는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 고굴절률층은 수소화된 실리콘층 및 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층을 포함할 수 있다.
상기 렌즈 시스템은 TOF 카메라의 센싱 모듈에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지 센서에 입사되는 반사광을 줄일 수 있어 반사광에 의한 잘못된 이미지 형성을 방지할 수 있으며, 더욱 선명한 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
또한, 광학 필터의 휨을 줄일 수 있어 대면적의 투명 기판을 이용하여 대량의 광학 필터를 용이하게 제작할 수 있다.
도 1은 종래의 ToF 카메라의 센싱 모듈을 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 종래의 ToF 카메라의 센싱 모듈 내 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래의 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 방지기를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소화된 실리콘층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광 계수를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광 계수를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터 적층체의 파장에 따른 투과도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터 적층체의 파장에 따른 투과도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 파장에 따른 투과도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터(250)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 방지기(260)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
우선, 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 렌즈 시스템은 조리개(31), 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5), 광학 필터(250), 반사 방지기(260)를 포함한다. 렌즈 시스템은 이미지 센서(60)에 상을 형성하도록 대상 물체와 이미지 센서(60) 사이에 배치된다.
조리개(31)는 렌즈들에 입사되는 입사동을 결정하며, 도시한 바와 같이, 제1 렌즈(L1)의 물체측에 배치될 수 있다.
대상 물체와 이미지 센서(60) 사이에 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)이 일렬로 배열된다. 이들 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 광축을 따라 일렬로 배열되며, 이미지 센서(60)에 대상 물체의 상을 형성하기 위해 다양한 형상들을 가질 수 있다. 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 서로 다른 형상 및 기능을 가질 수 있으며, 이들 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)의 조합에 의해 조리개(31)를 통해 입사된 광이 이미지 센서(60)의 상면에 상을 형성한다. 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)은 3D 이미지 센서용으로 사용되는 통상의 렌즈들일 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 광학 필터(250)는 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5) 사이에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 광학 필터(250)는 대체로 일렬로 배열된 렌즈들의 중앙 근처에 배치될 수 있다. 또한, 광학 필터(250)와 이미지 센서(60) 사이에 적어도 2개의 렌즈들(L4, L5)이 배치될 수 있다. 광학 필터(250)를 이미지 센서(60)로부터 상대적으로 떨어뜨려 배치함으로써 광학 필터(250)에 의해 생성된 반사광이 이미지 센서(60)로 입사되는 것을 줄일 수 있다.
반사 방지기(260)는 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)과 이미지 센서(60) 사이에 배치된다. 반사 방지기(260)는 이미지 센서(60)측의 첫 번째 렌즈(L5)와 이미지 센서(60) 사이에 배치될 수 있다.
이하에서, 광학 필터(250) 및 반사 방지기(260)에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 더 상세하게 설명한다.
우선, 도 5를 참조하면, 광학 필터(250)는 제1 투명 기판(251), 제1 필터 적층체(253), 및 제2 필터 적층체(255)를 포함할 수 있다.
광학 필터(250)는 근적외선 영역의 특정 파장 대역의 광을 투과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(250)는 최대 투과도가 90% 이상이며, 반치폭이 50nm인 투과 스펙트럼을 보이는 밴드 패스 필터일 수 있다. 또한, 광학 필터(250)는 입사각 30도에서 25nm 미만의 파장 편이를 보일 수 있다.
제1 투명 기판(251)은 대상 물체로부터 반사된 광을 투과시킨다. 3D 이미지 센서용 카메라는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드와 같은 광원을 포함하며, 이들 광원에서 방출된 광이 대상 물체로부터 반사되어 렌즈 시스템으로 입사된다. 렌즈 시스템으로 입사된 광은 렌즈들(L1, L2, L3, L4, L5)을 통해 이미지 센서(60)에 상을 형성할 것이다. 제1 투명 기판(251)은 광원으로부터 방출된 광을 투과시키는 재료로 형성된다. 예를 들어, 제1 투명 기판(251)은 글래스 기판일 수 있다.
제1 필터 적층체(253)는 제1 투명 기판(251)의 상면, 예를 들어, 제1 투명 기판(251)의 물체측 면 상에 배치될 수 있다. 제2 필터 적층체(255)는 제1 투명 기판(251)의 하면, 예를 들어, 제1 투명 기판(251)의 이미지 센서측 면 상에 배치될 수 있다.
제1 필터 적층체(253) 및 제2 필터 적층체(255)는 각각 광학 필터(250)의 컷-온 에지 및 컷-오프 에지를 제공할 수 있다. 예를 들어 제1 필터 적층체(253)는 광학 필터(250)의 컷-온 에지를 제공할 수 있고, 제2 필터 적층체(255)는 광학 필터(250)의 컷-오프 에지를 제공할 수 있으며, 또는 그 반대일 수도 있다.
제1 및 제2 필터 적층체(253, 255))는 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률층은 예를 들어 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3보다 높은 굴절률을 갖는 수소화된 실리콘층(Si:H), 또는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층(SiC:H)으로 형성될 수 있다. 특히, 수소화된 실리콘층과 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층이 함께 사용될 수 있다. 수소화된 실리콘층 및 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 낮은 흡광 계수를 가질 수 있으며, 예를 들어, 0.0005 미만의 흡광 계수를 가질 수 있다. 한편, 저굴절률층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3 미만의 굴절률을 가질 수 있으며, 2.5 미만, 나아가, 2.0 미만, 더 나아가, 1.5 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 저굴절률층은 SiO2, SiNx, TiO2, Ta2O5, 또는 NbO2로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)는 제1 투명 기판(251) 상에 스퍼터 증착 방식 또는 전자빔 증발법을 이용하여 증착될 수 있다. 특히, 전자빔 증발법은 스퍼터 증착 방식에 비해 막의 특성이 양호하여 전체 두께를 낮출 수 있으며, 외관 특성이 양호하다. 나아가, 전자빔 증발법은 스퍼터 증착 방식에서 요구되는 열처리 공정을 생략할 수 있어 필터 적층체 증착 공정을 단순화할 수 있다. 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)의 적층 순서는 특별히 제한되지 않는다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)가 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 반복된 구조인 것을 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 필터 적층체(253)는 세 종류 또는 그 이상의 서로 다른 재료층들을 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 고굴절률층, 중굴절률층, 및 저굴절률층이 서로 반복하여 적층될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)는 그레이딩된 굴절률을 갖는 층을 포함할 수도 있다.
본 실시예에서, 제1 투명기판(251)의 양면 상에 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)을 각각 배치함으로써, 제1 투명 기판(251)의 일면 상에 과도하게 두거운 필터 적층체를 형성할 필요가 없다. 제1 투명 기판(251)의 양측에 필터 적층체들(253, 255)을 배치함에 따라, 제1 투명 기판(251)에 발생되는 휨(warpage)을 줄일 수 있고, 따라서, 대면적의 제1 투명 기판(251) 상에 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)를 형성한 후, 대량의 광학 필터(250)를 쉽게 제공할 수 있다. 특히, 제2 투명 기판(251)에 발생되는 휨이 작기 때문에, 대면적의 제2 투명기판(251) 상에 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)을 형성한 후, 레이저 가공을 통해 광학 필터들(250)을 제공할 수 있다.
나아가, 제1 투명 기판(251)의 일면 측에 상대적으로 두꺼운 필터 적층체를 배치할 경우, 필터 적층체 내에 균열이나 깨짐 등의 문제가 발생될 수 있다. 이에 반해, 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)을 제1 투명 기판(251)의 양측에 분산시켜배치함으로서 필터 적층체들(253, 255) 내에 균일이나 깨짐 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 반사 방지기(260)는 제2 투명 기판(261), 상부 반사 방지 코팅(263), 및 하부 반사 방지 코팅(265)을 포함할 수 있다.
제2 투명 기판(261)은 제1 투명 기판(251)과 유사하므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 한편, 상부 반사 방지 코팅(263)은 제2 투명 기판(261)의 물체측 면 상에 배치되며, 하부 반사 방지 코팅(265)은 제2 투명 기판(261)의 이미지 센서측 면 상에 배치된다.
상부 반사 방지 코팅(263)은 제2 투명 기판(261)의 상면에서 광이 반사되는 것을 방지하면, 하부 반사 방지 코팅(265)은 제2 투명 기판(261)의 하면에서 광이 반사되는 것을 방지한다. 상부 및 하부 반사 방지 코팅(263, 265)은 복수의 유전체층으로 형성될 수 있다. 상부 및 하부 반사 방지 코팅(263, 265)은 고굴절률층과 저굴절률층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, TiO2, Ta2O5, NbO2, Si:H 등에서 선택된 적어도 2 종류의 유전체층들을 포함할 수 있다.
상부 및 하부 반사 방지 코팅(263, 265)은 스퍼터링 증착 방식 또는 전자빔 증발법을 이용하여 형성될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 전자빔 증발법은 전체 두께 감소, 외관 특성, 및 열처리 생략 등의 관점에서 스퍼터링 증착 방식에 비해 더 유리하다. 그러나 본 개시가 전자빔 증발법에 한정되는 것은 아니며, 제1 반사 방지 코팅(155)은 스퍼터링과 같은 물리 기상 증착이나 PECVD와 같은 화학 기상 증착 방법으로 증착될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 광 반사를 방지할 수 있는 반사 방지기(260)를 이미지 센서(60)에 가깝게 배치함으로써 반사광에 의해 잘못된 이미지가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 반사 방지기(260)는 또한 이미지 센서(60)를 보호하기 위한 센서 보호기로 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지 센서에 잘못된 이미지가 형성되는 것을 방지할 수 있는 렌즈 시스템을 제공할 수 있다. 본 실시예의 렌즈 시스템은 3D 이미지 센싱을 위한 다양한 카메라 시스템의 센싱 모듈에 사용될 수 있다. 예를 들어, ToF 카메라, 구조화된 광(structured light) 카메라, 및 스테레오 카메라 등에서 3D 이미지를 센싱하기 위해 본 실시예의 렌즈 시스템이 사용될 수 있다.
(실시예)
본 발명의 실시예들은 800 내지 1100nm의 파장범위에서 3.0 이상의 굴절률을 갖는 고굴절률층과 800 내지 1100nm의 파장범위에서 3.0 미만의 굴절률을 갖는 저굴절률층을 교대로 적층한 제1 및 제2 필터 적층체들(253, 255)을 사용한다. 특정 시시예에 있어서, 고굴절률층은 수소화된 실리콘(Si:H)층 또는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층일 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소화된 실리콘층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광 계수를 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광 계수를 나타내는 그래프이다. 굴절률 및 흡광계수는 글래스 기판 상에 Si:H 또는 SiC:H 단일층을 증착한 후 투과율 및 반사율을 측정하고 Macleod 소프트웨어를 이용하여 정밀하게 계산하여 산출하였다. Si:H층 및 SiC:H층은 중간 주파수(MF) 마그네트론 스퍼터링 방식을 이용하여 글래스 기판 상에 증착되었다.
도 7을 참조하면, Si:H층의 굴절률은 750 내지 1100nm의 파장 영역에 걸쳐 단조 감소하였다. 굴절률은 750 내지 1100nm에 걸쳐 3.3보다 높은 값을 나타내며, 980nm의 파장에서 3.4보다 높은 값을 나타내었다.
흡광계수는 750nm에서 파장이 증가함에 따라 급격히 감소하며, 900 내지 1100nm의 파장범위에서 완만하게 감소하는 경항을 보인다. 흡광계수는 약 840nm 이상에서 0.0005보다 작은 값을 나타내었다.
도 8을 참조하면, SiC:H층의 굴절률은 750 내지 1100nm의 파장 영역에 걸쳐 단조 감소하였다. 굴절률은 750 내지 1050nm에 걸쳐 3.3보다 높은 값을 나타내며, 940nm의 파장에서 약 3.35보다 높은 값을 나타내었다.
SiC:H층의 흡광계수는 750nm 이상에서 파장이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 860nm 이상에서 더 완만하게 감소하였다. SiC:H층의 흡광계수는 820nm 이상에서 0.0005보다 작은 값을 나타내었다. 도 7 및 도 8을 대비하면, 820nm보다 짧은 파장에서는 SiC:H층이 Si:H층보다 낮은 흡광 계수를 갖는 것을 알 수 있다. 그러나, 900nm 이상에서는 SiC:H층이 Si:H층보다 높은 흡광 계수를 나타내었다.
H2 유량, CH4 유량, MF 파워 등을 조절함으로써 Si:H층 또는 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 일정범위 내에서 제어할 수 있으며, 이에 따라, 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수가 제어될 수 있다.
한편, 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)은 탄소가 첨가되지 않은 수소화된 실리콘(Si:H) 보다 결합 에너지가 높은 물질로 알려져 있으며, 이에 따라, 높은 방사 내성, 고온에서의 안정성 및 높은 열 전도성을 가진다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터 적층체(253)의 파장에 따른 투과도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터 적층체(255)의 파장에 따른 투과도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이며, 도 11은 제1 및 제2 필터 적층체(253, 255)를 갖는 광학 필터(250)의 파장에 따른 투과도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다. 여기서, 각 그래프들은 0.21mm의 글래스 기판 상에 각 층의 두께 및 실제 측정하여 계산한 굴절률값들을 이용하여 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다.
도 9의 시뮬레이션에 사용된 고굴절률층과 저굴절률층의 재료 및 두께를 표 1에 정리하였다. 여기서는 Si:H와 SiC:H를 함께 사용하여 전체 20층의 컷-온 에지용 제1 필터 적층체(253)를 설계하였다.
층 번호 재료 두께(nm)
1 Si:H 97.14
2 SiO2 21.22
3 SiC:H 71.68
4 SiO2 25.71
5 SiC:H 93.39
6 SiO2 113.20
7 Si:H 441.53
8 SiO2 157.55
9 Si:H 577.54
10 SiO2 119.88
11 SiC:H 319.98
12 SiO2 139.13
13 Si:H 446.67
14 SiO2 95.91
15 SiC:H 62.41
16 SiO2 121.31
17 SiC:H 52.43
18 SiO2 24.03
19 Si:H 87.89
20 SiO2 280.88
전체 두께 3339.48
표 1을 참조하면, 제1 필터 적층체(253)는 약 3.4um의 전체 두께를 갖는다. 한편, 도 9에 도시되듯이, 제1 필터 적층체(253)는 양호한 컷-온 에지 특성을 보이며, 근적외선 영역에서 투과도가 90%를 초과하는 것을 알 수 있다.
도 10의 시뮬레이션에 사용된 고굴절률층과 저굴절률층의 재료 및 두께를 표 2에 정리하였다. 여기서는 Si:H와 SiC:H를 함께 사용하여 전체 22층의 컷-오프 에지용 제2 필터 적층체(255)를 설계하였다.
층 번호 재료 두께(nm)
1 Si:H 126.78
2 SiO2 118.69
3 Si:H 273.21
4 SiO2 80.78
5 Si:H 119.37
6 SiO2 51.13
7 SiC:H 148.38
8 SiO2 45.78
9 Si:H 267.65
10 SiO2 87.58
11 Si:H 260.05
12 SiO2 76.66
13 SiC:H 288.09
14 SiO2 74.88
15 Si:H 109.88
16 SiO2 78.16
17 Si:H 285.26
18 SiO2 65.69
19 SiC:H 120.66
20 SiO2 88.50
21 Si:H 268.54
22 SiO2 52.27
전체 두께 3087.99
표 2를 참조하면, 제2 필터 적층체(255)는 제1 필터 적층체(253)와 대체로 유사한 두께를 가지며, 예컨대 약 3.1um의 전체 두께를 갖는다. 한편, 도 10에 도시되듯이, 제2 필터 적층체(255)는 양호한 컷-오프 에지 특성을 보이며, 근적외선 영역에서 투과도가 90%를 초과하는 것을 알 수 있다. 제2 필터 적층체(255)는 밴드 패스 필터의 투과 스펙트럼을 나타낼 수 있으며, 이 경우, 제2 필터 적층체(255)의 컷-온 에지는 제1 필터 적층체(253)의 컷-온 에지에 비해 단파장 측에 위치한다.
도 11을 참조하면, 투명 기판(251)의 양면에 표 1의 제1 필터 적층체(253) 및 표 2의 제2 필터 적층체(255)를 배치함으로써, 최대 투과도가 90% 이상이며, 투과도 90%(T90)에서 밴드폭이 약 37nm, 투과도 50%(T50)에서 밴드폭이 약 46nm인 투과 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 도 9 내지 도 11을 참조하면, 투과 스펙트럼의 컷-온 에지는 제1 필터 적층체(253)에 의해 정의되고, 컷-오프 에지는 제2 필터 적층체(255)에 의해 정의되는 것을 알 수 있다. 또한, 광학 필터(250)는 30도 입사각에서의 파장 편이가 90% 투과도(T90) 기준으로 약 11nm이었다. 이러한 광학 필터(250)는 근적외선 영역의 좁은 밴드 폭을 갖는 밴드 패스 필터로서 유용하게 사용될 수 있다.
이상에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (7)

  1. 물체측과 이미지 센서 사이에 배치된 복수의 렌즈들;
    상기 렌즈들 사이에 배치된 광학 필터; 및
    상기 렌즈들과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 반사 방지기를 포함하고,
    상기 광학 필터는 제1 투명 기판, 상기 제1 투명 기판의 양면 상에 각각 배치된 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체를 포함하고,
    상기 광학 필터는 밴드 패스 필터이며, 상기 제1 필터 적층체는 상기 밴드 패스 필터의 컷-온 에지를 정의하고, 상기 제2 필터 적층체는 상기 밴드 패스 필터의 컷-오프 에지를 정의하는 렌즈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사 방지기는 제2 투명 기판 및 상기 제2 투명 기판의 양면 상에 각각 배치된 반사 방지 코팅들을 포함하는 렌즈 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체의 전체 두께 차이는 1um 미만인 렌즈 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체 각각의 전체 두께는 1um 내지 5um 범위 내인 렌즈 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 필터 적층체 및 제2 필터 적층체는 각각 복수의 고굴절률층과 복수의 저굴절률층을 포함하되, 800 내지 1100nm의 파장 범위 내에서, 상기 고굴절층들은 3.0 이상의 굴절률을 갖고, 상기 저굴절률층들은 3.0 미만의 굴절를을 갖는 렌즈 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 고굴절률층은 수소화된 실리콘층 또는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층을 포함하는 렌즈 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    TOF 카메라의 센싱 모듈에 사용되는 렌즈 시스템.
KR1020200056251A 2020-05-12 2020-05-12 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템 KR102426399B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200056251A KR102426399B1 (ko) 2020-05-12 2020-05-12 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200056251A KR102426399B1 (ko) 2020-05-12 2020-05-12 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210138219A true KR20210138219A (ko) 2021-11-19
KR102426399B1 KR102426399B1 (ko) 2022-07-29

Family

ID=78718005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200056251A KR102426399B1 (ko) 2020-05-12 2020-05-12 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102426399B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024080800A1 (ko) * 2022-10-12 2024-04-18 엘지이노텍 주식회사 수신 광학계, 송신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038574A (ja) * 2014-08-07 2016-03-22 ナルックス株式会社 撮像光学系
KR20170074911A (ko) * 2014-10-20 2017-06-30 쇼오트 글라스 테크놀로지스 (쑤저우) 코퍼레이션 리미티드. 카메라 모듈용 광학 장치, 광학 장치를 지닌 카메라 모듈 및 광학 장치의 제조 방법
KR20170098064A (ko) * 2016-02-19 2017-08-29 삼성전자주식회사 옵티칼 렌즈 어셈블리 및 이를 포함한 전자 장치
KR102068516B1 (ko) * 2018-12-28 2020-01-21 주식회사 옵트론텍 광학 필터

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038574A (ja) * 2014-08-07 2016-03-22 ナルックス株式会社 撮像光学系
KR20170074911A (ko) * 2014-10-20 2017-06-30 쇼오트 글라스 테크놀로지스 (쑤저우) 코퍼레이션 리미티드. 카메라 모듈용 광학 장치, 광학 장치를 지닌 카메라 모듈 및 광학 장치의 제조 방법
KR20170098064A (ko) * 2016-02-19 2017-08-29 삼성전자주식회사 옵티칼 렌즈 어셈블리 및 이를 포함한 전자 장치
KR102068516B1 (ko) * 2018-12-28 2020-01-21 주식회사 옵트론텍 광학 필터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024080800A1 (ko) * 2022-10-12 2024-04-18 엘지이노텍 주식회사 수신 광학계, 송신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102426399B1 (ko) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10408981B2 (en) Near-infrared cut filter
US9726797B2 (en) Near-infrared cut filter
CN103718070B (zh) 光学部件
JP5013022B2 (ja) 赤外線カットフィルタ
US20170146708A1 (en) Optical filter and imaging device comprising same
KR20210038408A (ko) 광 필터 및 이 광 필터를 포함하는 적외선 이미지 센싱 시스템
US11428857B2 (en) Optical filter and imaging apparatus
KR20160088147A (ko) 근적외선 흡수층이 형성된 고체 촬상 장치용 커버글라스
US20200319387A1 (en) Optical filter and imaging apparatus
KR20210035516A (ko) 폴디드 카메라 모듈 및 그것을 갖는 모바일 장치
JP2017040909A (ja) 光学フィルタおよびそれを有する光学系、撮像装置、レンズ装置
KR102426399B1 (ko) 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템
WO2020103206A1 (zh) 一种偏振无关的滤光片
JP4963027B2 (ja) Ｎｄフィルタおよびその製造方法、それらを用いた光量絞り装置
JP2010175941A (ja) 光学フィルタ及び光学フィルタの製造方法、並びにこれらの光学フィルタを有する撮像装置
JP2024041789A (ja) 光学フィルタ、近赤外線カットフィルタ、および撮像装置
US11674842B2 (en) Optical sensor arrangement
WO2012017930A1 (ja) Ｉｒカット機能付きｎｄフィルタ
CN112764135A (zh) 一种极低残余反射的窄带减反射膜
JP2020109496A (ja) 光学フィルタおよび近赤外線カットフィルタ
KR102421297B1 (ko) 렌즈 시스템
US20200333518A1 (en) Optical filter and imaging apparatus
TW201932885A (zh) 用於光學濾波器的入射角限制
JP6259156B1 (ja) 光学フィルタ及び撮像装置
JP6259157B1 (ja) 光学フィルタ及び撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant