KR20230078380A

KR20230078380A - 이미지를 생성하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230078380A
Application number: KR1020210166112A
Authority: KR
Inventors: 정기훈; 김기수; 김현경
Original assignee: 국방과학연구소; 한국과학기술원
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-02
Also published as: KR102635554B1

Abstract

본 개시는 광각 렌즈와 광 차단 구조를 통해 넓은 광 시야와 함께 낮은 두께를 가지는 이미지 처리 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따르면, 이미지 생성 장치는 광각 렌즈, 상기 광각 렌즈를 통해 입사된 광을 투과시키는 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이에 포함된 복수의 마이크로 렌즈들 사이를 통과하는 광의 적어도 일부를 차단하는 레이어 어셈블리, 및 상기 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 광을 감지하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.

Description

이미지를 생성하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING AN IMAGE}

본 개시(disclosure)는 일반적으로 이미지 생성 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광각 렌즈와 광 차단 구조를 통해 넓은 광 시야와 함께 낮은 두께를 가지는 이미지 처리 장치에 관한 것이다.

이미지　생성　장치는 오브젝트(object)에 관하여 촬영한 적어도 하나의 이미지를 생성하는 장치를 지시한다. 이미지 생성 장치는 오브젝트로부터 입사되는 광을 메인 렌즈와 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 정렬시키고 이미지 센서를 이용하여 광을 검출하는 방법을 통해 이미지를 생성할 수 있다.

종래에 따르면, 이미지 생성 장치는 이미지 센서 내의 프리즘을 이용하여 광을 굴절 시키고, 마이크로 렌즈 어레이 내에 배치된 복수의 마이크로 렌즈들을 이용하여 서로 다른 영역들을 관측하였다. 이후, 이미지 센서는 복수의 마이크로 렌즈들이 관측한 영역들을 합성하여 하나의 이미지를 생성하였다. 이러한 이미지 생성 방법에 따르면, 이미지 생성 장치가 이미지를 합성하는 과정에서 광 축이 정밀하게 정렬될 것이 요구되었으나, 광 축의 정렬 과정에서 오차가 발생하고 오차는 이미지 생성 장치의 화질 성능을 저하시켰다.

이 외에도, 이미지 생성 장치는 상이한 형태의 렌즈들을 이용하여 상이한 영역들에 관한 이미지를 생성하는 방법을 이용하였다. 이 방법은 렌즈의 다양한 모양으로 인하여 각각의 렌즈에서 얻어진 이미지의 크기가 상이해 지고, 하나의 이미지로 합성되는 경우에 복잡한 이미지 프로세싱 절차가 추가되는 문제가 있었다.

즉, 종래에 따르면, 이미지 생성 장치는 광 축 정렬이나 복잡한 이미지 프로세싱을 수행하기 위하여 일정 수준 이상의 크기로 제작될 수 밖에 없었다. 그에 따라, 이미지 생성 장치의 성능 향상과 함께 이미지 생성 장치의 크기를 감소시키기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

전술한 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술을 지시하지 않는다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 이미지를 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는 구체적으로 광각 렌즈와 광 차단을 위한 레이어 어셈블리를 통해 넓은 광 시야와 함께 낮은 두께를 가지는 이미지 처리 장치를 제공한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 이미지 생성 장치는 광각 렌즈, 상기 광각 렌즈를 통해 입사된 광을 투과시키는 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이에 포함된 복수의 마이크로 렌즈들 사이를 통과하는 광의 적어도 일부를 차단하는 레이어 어셈블리, 및 상기 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 광을 감지하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 레이어 어셈블리는 상기 광각 렌즈를 통해 입사된 광의 적어도 일부가 통과하도록 패터닝(patterning) 된 제1 레이어, 상기 제1 레이어의 일면과 상기 복수의 마이크로 렌즈들 사이에 배치되어, 상기 제1 레이어를 통과한 광을 투과시키는 제2 레이어를 포함할 수 있다.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 레이어는 흑색 폴리머(polymer)로 패터닝 된 레이어를 포함하고, 상기 제2 레이어는 투명 폴리머를 이용하여 상기 제1 레이어를 커버하도록 배치되는 레이어를 포함할 수 있다.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은 상기 제1 레이어의 패턴에 대응되도록 배치될 수 있다.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은, 렌즈 제작에 이용되는 열 가소성 폴리머를 이용하여, 상기 제2 레이어의 일면에 상기 제1 레이어의 패턴에 대응되도록 배치될 수 있다.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 형태로 구성될 수 있다.

다른 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 영역을 관측하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.

또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.

본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.

본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 광각 렌즈와 광 차단 구조를 이용함으로써, 이미지 처리 장치의 성능을 향상시킬 수 있게 한다.

또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 광각 렌즈를 이용함으로써, 이미지의 흐려짐 없이 넓은 시야를 확보할 수 있게 한다.

또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 마이크로 렌즈들이 모두 동일한 형태로 구성됨으로써, 동일한 크기의 어레이 이미지를 획득할 수 있게 한다.

또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 낮은 초점 거리를 가지는 마이크로 렌즈들을 이용하여 이미지 생성 장치를 구성함으로써, 카메라의 두께나 크기를 감소시킬 수 있게 한다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래에 따른 이미지 생성 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치의 구조를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치가 생산되는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치의 모식도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치가 생성한 어레이 이미지의 일 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치의 초점 거리에 관한 사진과 빔 직경에 관한 결과 그래프의 일 예를 도시한다.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하 본 개시는 이미지 생성 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 광각 렌즈와 광 차단 구조를 통해 넓은 광 시야와 함께 낮은 두께를 가지는 이미지 처리 장치에 관한 기술을 설명한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.

또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.

도 1은 종래에 따른 이미지 생성 시스템(100)을 도시한다.

종래에 따르면, 이미지 생성 장치(160)는 오브젝트(110)가 촬영된 이미지를 생성하는 장치를 지시한다. 이미지 생성 장치(160)는 오브젝트(110)로부터 광을 수신하고, 수신한 광을 렌즈에 통과시킨다. 이후, 이미지 생성 장치(160)는 이미지 센서를 이용하여 광을 검출하고, 검출된 광을 이용하여 이미지를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 이미지 생성 장치(160)는 메인 렌즈(161), 마이크로 렌즈(163), 및 이미지 센서(165)를 포함할 수 있다.

메인 렌즈(161)는 오브젝트(110)로부터 반사되는 광을 투과시키는 기능을 수행한다. 메인 렌즈(161)는 일반적인 범용 렌즈, 광각 렌즈 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 도 1은 메인 렌즈가 하나의 렌즈로 구성된 것을 예시하나, 메인 렌즈(161)는 복수의 렌즈 집합으로 구성될 수 있다.

마이크로 렌즈(163)는 메인 렌즈(161)를 통해 입사된 광을 투과시키는 기능을 수행한다. 마이크로 렌즈(163)는 복수의 마이크로 렌즈들이 수평하게 연결되어 마이크로 렌즈 어레이를 형성할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로 렌즈들은 개별적으로 메인 렌즈(161)를 투과한 광을 재투과 시킬 수 있다. 재투과된 광은 이미지 센서(165)로 입사될 수 있다.

이미지 센서(165)는 마이크로 렌즈(163)를 투과한 광을 검출하는 기능을 수행한다. 이미지 센서(165)는 마이크로 렌즈(163)를 투과한 광을 방향 별로 감지하여 감지된 센싱 값을 결정할 수 있다. 이미지 센서(165)는 픽셀 어레이의 포토 다이오드를 통해 광을 축적하고 축적된 광량에 따라 전기 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

오브젝트(110)로부터 반사되어 메인 렌즈(161)로 입사된 광은 마이크로 렌즈(163)로 입사 되고, 마이크로 렌즈(163)를 투과한 광은 이미지 센서(165)에서 감지되어 전기 신호로 출력된다. 마이크로 렌즈(163)를 투과한 광은 이미지 센서(165)의 대응되는 센싱 영역에서 감지되고, 메인 렌즈(161)의 동일 영역을 통과하는 오브젝트들로부터 반사되는 복수의 광들은 동일한 시점의 영상 정보를 포함한다. 따라서, 오브젝트들로부터 반사되는 각각의 광이 메인 렌즈(161)의 동일 영역을 통과하여 입사되는 이미지 센서(130)의 영역의 센싱 값을 독출하여 조합하면, 동일한 시점을 갖는 하나의 영상이 생성될 수 있다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치(210)의 구성(200)을 도시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이미지 생성 장치(210)는 오브젝트로부터 반사되는 광을 이용하여, 오브젝트에 관한 이미지를 생성하는 장치를 지시한다. 이미지 생성 장치(210)는 입사된 광을 렌즈를 이용하여 굴절 시키고, 이미지 센서를 이용하여 광을 검출함으로써, 이미지를 생성할 수 있다. 여기서, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이미지 생성 장치(210)는 메인 렌즈로서 광각 렌즈를 이용하여 많은 광을 굴절시킬 수 있고, 그에 따라 넓은 광 시야 각을 확보할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이미지 생성 장치(210)는 복수의 마이크로 렌즈들 사이를 통과하는 광의 적어도 일부를 차단하기 위한 레이어 어셈블리 구조를 포함할 수 있다. 이미지 생성 장치(210)는 포토리소그래피 공정에 따라 제작되는 레이어 어셈블리를 이용하여, 추가적인 광 축 정렬을 위한 프로세싱 과정 없이 정밀한 광 정렬을 수행할 수 있다. 이미지 생성 장치(210)는 레이어 어셈블리를 이용하여 이미지 센서로 입사되는 광을 조정함으로써, 정밀한 이미지를 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이미지 생성 장치(210)는 광각 렌즈(211), 레이어 어셈블리(213), 마이크로 렌즈 어레이(215), 및 이미지 센서(217)를 포함할 수 있다.

광각 렌즈(211)는 오브젝트로부터 입사되는 광을 투과시키는 렌즈를 지시한다. 광각 렌즈는 일반 렌즈에 비해 초점 거리가 작은 렌즈로서, 이미지에 더 많은 오브젝트들을 담을 수 있는 렌즈를 지시한다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 광각 렌즈(211)는 60도의 각도로 들어오는 광을 35도의 각도로 굴절 시킬 수 있고, 마이크로 렌즈는 35도의 각도로 들어오는 시야 정보만큼 광을 굴절 시킬 수 있다. 마이크로 렌즈에 입사되는 광의 각도가 임계 값 이상인 경우, 상면 만곡 (field of curvature)으로 인하여 이미지가 흐려지지만, 본 개시에 따른 이미지 생성 장치(210)는 광각 렌즈(211)를 이용함에 따라, 이미지 흐려짐의 문제 없이 넓은 시야의 정보를 획득할 수 있다. 또한, 종래에 따르면 광각 렌즈를 이용하는 경우 수차를 보정하기 위한 추가적인 렌즈 스택(stack)이 요구되지만, 본 개시에 따른 이미지 생성 장치(210)는 마이크로 렌즈를 이용하여 이미지를 구성하므로, 추가적인 렌즈 스텍이 요구되지 않는다. 그에 따라, 이미지 생성 장치(210)는 낮은 두께와 크기를 가지는 카메라로 제작될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이미지 생성 장치(210)를 이용한 카메라의 두께는 기존의 상용 카메라의 두께에 비하여 1/5로 낮아질 수 있다. 또한, 광각 렌즈(211)를 사용하지 않은 마이크로 렌즈에 비하여 광각 렌즈(211)가 포함된 마이크로 렌즈 어레이는 시야 각을 약 1.7배 향상 시킬 수 있고, 각도에 따른 빛 민감도(Angular sensitivity)가 향상된다.

레이어 어셈블리(213)는 마이크로 렌즈 어레이에 포함된 복수의 마이크로 렌즈들 사이를 통과하는 광의 적어도 일부를 차단하는 기능을 수행한다. 레이어 어셈블리(213)는 광각 렌즈(211)와 마이크로 렌즈 어레이(215) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 광각 렌즈(211)를 통과한 광은 레이어 어셈블리(213)를 통과한 이후에 마이크로 렌즈 어레이(215)로 입사될 수 있다.

레이어 어셈블리(213)는 적어도 하나의 레이어로 구성될 수 있고, 적어도 하나의 레이어 각각은 폴리머(polymer)에 의하여 코팅된 구조를 포함할 수 있다. 즉, 레이어 어셈블리(213)는 폴리머로 코팅된 레이어들이 쌓여있는 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 레이어는 메인 렌즈를 통과한 광의 적어도 일부를 차단하도록 폴리머로 패터닝(patterning) 될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레이어의 패턴은 마이크로 렌즈 어레이(215)에 포함된 복수의 마이크로 렌즈들의 배치에 대응되는 패턴을 포함할 수 있다. 구체적인 레이어 어셈블리의 구조는 도 3 내지 도 4 에서 상세히 설명된다.

마이크로 렌즈 어레이(215)는 광각 렌즈(211)를 통해 입사된 광을 투과시키는 기능을 수행한다. 마이크로 렌즈 어레이(215)는 레이어 어셈블리(213)의 일면에 복수의 마이크로 렌즈들이 배치되는 구조로 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 마이크로 렌즈 어레이(215)에 포함된 복수의 마이크로 어레이들은 레이어 어셈블리(213)의 적어도 하나의 레이어의 패턴에 대응되도록 배치될 수 있다. 즉, 광각 렌즈(211)를 통해 입사된 광은 레이어 어셈블리(213)를 통해 마이크로 렌즈 어레이(215)로 입사되고, 마이크로 렌즈 어레이(215)를 통과하여 이미지 센서(217)로 전달될 수 있다.

이미지 센서(217)는 마이크로 렌즈 어레이(215)를 투과한 광을 감지하는 기능을 수행한다. 이미지 센서(217)는 마이크로 렌즈 어레이(215)를 통해 전달되는 광을 검출하고, 검출된 광에 기반하여 이미지를 생성할 수 있다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치(210)의 구조(300)를 도시한다. 도 3을 참고하면, 이미지 생성 장치(210)는 광각 렌즈(211), 레이어 어셈블리(213), 마이크로 렌즈 어레이(215), 및 이미지 센서(217)를 포함할 수 있다.

도 3을 참고하면, 광각 렌즈(211)는 볼록 렌즈의 형태로 구현되어 넓은 시야 각을 확보할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 광각 렌즈(211)는 오브젝트로부터 반사된 광을 1차적으로 굴절 시켜 마이크로 렌즈 어레이(215)로 전달한다. 여기서, 광각 렌즈(211)와 마이크로 렌즈 어레이(215) 사이에 레이어 어셈블리(213)가 배치될 수 있다.

레이어 어셈블리(213)는 마이크로 렌즈 어레이(215)에 포함된 복수의 마이크로 렌즈들 사이의 광학 크로스 토크(cross talk)를 저감시키는 기능을 수행할 수 있다. 그에 따라, 레이어 어셈블리(213)는 UV(ultraviolet) 패터닝이 가능한 폴리머로 코팅된 레이어들을 포함할 수 있다.

도 3을 참고하면, 레이어 어셈블리(213)는 2단의 레이어들로 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레이어 어셈블리(213)는 광각 렌즈를 통해 입사된 광의 적어도 일부가 통과하도록 패터닝 된 제1 레이어와, 제1 레이어의 일면과 복수의 마이크로 렌즈들 사이에 배치되어 제1 레이어를 통과한 광을 투과시키는 제2 레이어를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 레이어는 흑색 폴리머로 패터닝 된 레이어를 포함하고, 제2 레이어는 투명 폴리머를 이용하여 제1 레이어를 커버하도록 배치되는 레이어를 포함할 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈들은 제1 레이어의 패턴에 대응되도록 배치될 수 있다.

즉, 제1 레이어는 마이크로 렌즈 어레이(215)에서 복수의 마이크로 렌즈들이 배치된 부분을 제외한 나머지 영역에서 흑색 폴리머로 코팅된 구조로 구성되고, 제2 레이어는 제1 레이어의 일면에서 제1 레이어의 모든 부분을 커버하는 구조로 구성될 수 있다. 제1 레이어에서 흑색 폴리머로 패터닝에 따라, 광각 렌즈(211)를 통해 입사된 광은 복수의 마이크로 렌즈들이 배치된 영역에서 마이크로 렌즈로 전달될 수 있지만, 복수의 마이크로 렌즈들이 배치된 영역을 제외한 영역에서 레이어 어셈블리(213)에 따라 차단될 수 있다.

마이크로 렌즈 어레이(215)에서 복수의 마이크로 렌즈들은 렌즈 제작에 이용되는 열 가소성 폴리머를 이용하여, 제2 레이어의 일면에 제1 레이어의 패턴에 대응되도록 배치될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 레이어 하단에 제2 레이어가 배치되고, 제2 레이어 하단에 복수의 마이크로 렌즈들이 배치될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 형태로 구성될 수 있다. 본 개시에 따른 이미지 생성 장치(210)는 마이크로 렌즈들이 모두 동일한 형태로 구성되어, 동일한 크기의 어레이 이미지를 획득할 수 있다. 그에 따라, 이미지 생성 장치(210)는 원거리에 위치하는 오브젝트에 관한 동일한 크기의 어레이 이미지를 하나의 이미지로 결합하고, 복안 영상 기법을 적용하여 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 영역을 관측하도록 구성될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 영역을 관측하여 어레이 이미지를 획득할 수 있다. 그에 따라, 이미지의 해상도가 향상될 수 있다.

이미지 센서(217)는 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 광을 감지한다. 이미지 센서(217)는 스페이서(spacer)에 기반하여 마이크로 렌즈 초점 거리만큼 마이크로 렌즈 어레이(215)와 이격될 수 있다. 이미지 센서(217)는 마이크로 렌즈를 통해 입사된 광을 검출하여 이미지를 생성하기 위한 절차를 수행할 수 있다.

도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치(210)가 생산되는 방법에 관한 모식도(400)를 도시한다.

도 4를 참고하면, 제1 공정 내지 제2 공정(410, 420)에 따라 레이어 어셈블리(213)가 생성되고, 제3 공정 내지 제4 공정(430, 440)에서 마이크로 렌즈 어레이가 생성되고, 제5 공정(450)에서 이미지 센서(217)가 결합되고, 제6 공정(460)에서 광각 렌즈(211)가 결합되어 이미지 생성 장치가 생산될 수 있다.

제1 공정(410)에서, 제1 레이어(411)가 생성된다. 제1 공정(410)에 따라, 폴리머로 패터닝된 제1 레이어(411)가 생성될 수 있다. 제1 레이어(411)의 패턴은 마이크로 렌즈 어레이가 배치되는 패턴을 포함할 수 있다. 제1 레이어(411)는 복수의 마이크로 렌즈들이 배치되는 부분을 제외한 영역이 흑색 폴리머로 코팅된 레이어를 포함할 수 있다.

제2 공정(420)에서, 제2 레이어(413)가 생성된다. 제2 공정(420)에 따라, 제1 레이어(411)의 일면에 폴리머로 코팅된 제2 레이어(413)가 생성될 수 있다. 제2 레이어(413)는 제1 레이어(411)의 상단에서 제1 레이어(411)를 커버하도록 배치될 수 있다. 또한, 제2 레이어(413)는 입사된 광이 통과할 수 있도록 투명한 폴리머로 코팅되는 구조로 구현될 수 있다.

제3 공정(430)에서, 복수의 마이크로 렌즈들(417)을 생성하기 위한 폴리머가 배치된다. 제1 레이어(411)의 패턴에 대응되는 패턴으로 복수의 마이크로 렌즈들(417)이 배치될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제2 레이어의 상단에서, 제1 레이어(411)에서 흑색 폴리머로 코팅되지 않은 영역들 각각에 열 가소성 폴리머가 배치될 수 있다. 제3 공정(430)에 따라, 원기둥 모양의 열 가소성 폴리머가 코팅될 수 있다.

제4 공정(440)에서, 복수의 마이크로 렌즈들(417)이 생성된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제4 공정(440)에서 열 가소성 폴리머에 열이 가해지고, 그에 따라 원기둥 모양의 폴리머가 볼록 렌즈 모양의 복수의 마이크로 렌즈들(417)로 변경될 수 있다. 제4 공정(440)의 결과, 레이어 어셈블리(213)와 마이크로 렌즈 어레이(215)가 결합된 광 차단 구조의 마이크로 렌즈 어레이가 생성될 수 있다.

제5 공정(450)에서, 이미지 센서가 결합된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제5 공정(450)에서, 광 차단 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 뒤집고, 스페이스 패키징을 통해 마이크로 렌즈들의 초점 거리에 이미지 센서(217)가 배치되도록 조정한다. 이후, 제6 공정(460)에서, 프레임을 이용하여 광각 렌즈(211)를 제1 레이어(411)의 상단에 배치되도록 결합한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제6 공정(460)에서 뒤집힌 광 차단 구조의 마이크로 렌즈 어레이의 상단에 광각 렌즈(211)가 결합됨으로써, 이미지 생성 장치가 생성될 수 있다.

도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치(210)의 모식도(500)를 도시한다.

도 5를 참고하면, 이미지 생성 장치(210)의 구체적인 모양이 예시된다. 광각 렌즈(211)는 프레임(511)에 결합되어 고정될 수 있다.

PCB(printed circuit board) 기판(513)에 이미지 센서(217)가 고정된다. 즉, 이미지 센서(217)는 커넥터에 기반하여 PCB 기판(513)의 상단에 결합될 수 있다. 또한, 도 4의 공정들을 통하여 제1 레이어(411)와 제2 레이어(413)가 결합된 레이어 어셈블리(213) 및 제2 레이어(411)의 하단에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이(215)를 포함하는, 광 차단 구조의 마이크로 렌즈 어레이(515)가 생성될 수 있고, 광 차단 구조의 마이크로 렌즈 어레이(515)는 적어도 하나의 스페이서(221)에 기반하여 이미지 센서(217)와 이격되도록 배치될 수 있다.

도 5를 참고하면, 광각 렌즈(211)가 결합된 프레임(511) 몸체와, 광 차단 구조의 마이크로 렌즈 어레이(515) 및 이미지 센서(217)를 포함하는 PCB 기판(513)이 결합될 수 있다. 즉, 광각 렌즈(211)는 프레임(511)을 통해 PCB 기판(513)에 고정되어 조립될 수 있고, 그에 따라, 이미지 생성 장치(210)가 생성될 수 있다.

도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치(210)가 생성한 어레이 이미지(600)의 일 예를 도시한다.

도 6을 참고하면, 광 차단 기능을 수행하는 레이어 어셈블리(213)와 마이크로 렌즈 어레이(215)를 포함하는 이미지 생성 장치(210)를 이용하여 획득한 어레이 이미지가 예시된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이미지 생성 장치(210)의 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 형태와 동일한 크기로 구성될 수 있고, 동일한 영역을 관측할 수 있다. 도 6의 각각의 오브젝트들은 각각의 마이크로 렌즈 어레이로부터 촬영된 오브젝트 이미지를 지시할 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈들 각각은 동일한 오브젝트에 관하여 동일한 크기로 관측함으로써, 동일한 크기의 이미지 어레이를 생성할 수 있다. 그에 따라, 이미지 생성 장치(210)는 원거리에 위치하는 오브젝트에 관한 동일한 크기의 어레이 이미지를 하나의 이미지로 결합하고, 복안 영상 기법을 적용하여 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 이미지 생성 장치(210)의 초점 거리에 관한 사진과 빔 직경에 관한 결과 그래프의 일 예(700)를 도시한다. 도 7은 광각 렌즈를 적용하기 전과 후의 초점 거리와 빔 직경의 비교 결과를 지시한다.

제1 이미지(710)는 광각 렌즈를 적용하기 전 초점 거리 이미지를 지시하고, 제2 이미지(720)는 광각 렌즈를 적용한 후 초점 거리 이미지를 지시한다. 제1 이미지(710)를 참고하면, 약 광각 렌즈를 적용하기 전 초점 거리는 약 100 um임이 확인된다. 반면, 제2 이미지(720)를 참고하면, 광각 렌즈가 적용됨에 따라 초점거리가 약 30 um가 상승하는 점을 확인될 수 있다.

결과 그래프의 가로 축은 빔 직경에 관한 거리를 지시하고, 세로 축은 정규화 강도(normalized intensity)를 지시한다. 결과 그래프를 참고하면, 빔 직경은 광각 렌즈를 적용하지 않은 경우(760)에서 광각 렌즈를 적용한 경우(770)보다 약 0.55 um 크다. 즉, 빔 직경은 광각 렌즈를 적용한 경우(770)에서, 광각 렌즈를 적용하지 않은 경우(760) 대비 약 22.5% 정도 줄어든 것이 확인된다.

본 개시에 따르면, 광각 렌즈(211)와 마이크로 렌즈 어레이(215)를 동시에 이용하여 정밀한 광축 정렬 없이도 낮은 두께를 가지는 이미지 생성 장치(210)가 생성될 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 이미지 생성 장치(210)는 내시경 카메라, 감시 및 정찰용 로봇 카메라 등의 소형카메라가 요구되는 분야, 모바일용 디지털 카메라 등에 탑재되어 운용될 수 있다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위 뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110 오브젝트 161 메인 렌즈
163 마이크로 렌즈 165 이미지 센서
160 이미지 생성 장치 210 이미지 생성 장치
211 광각 렌즈 213 레이어 어셈블리
215 마이크로 렌즈 어레이 217 이미지 센서
221 스페이서
410 내지 460 제1 공정 내지 제6 공정
411 제1 레이어 413 제2 레이어
417 복수의 마이크로 렌즈들

Claims

이미지 생성 장치에 있어서,
광각 렌즈;
상기 광각 렌즈를 통해 입사된 광을 투과시키는 마이크로 렌즈 어레이;
상기 마이크로 렌즈 어레이에 포함된 복수의 마이크로 렌즈들 사이를 통과하는 광의 적어도 일부를 차단하는 레이어 어셈블리; 및
상기 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 광을 감지하는 이미지 센서를 포함하는 이미지 생성 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이어 어셈블리는
상기 광각 렌즈를 통해 입사된 광의 적어도 일부가 통과하도록 패터닝(patterning) 된 제1 레이어;
상기 제1 레이어의 일면과 상기 복수의 마이크로 렌즈들 사이에 배치되어, 상기 제1 레이어를 통과한 광을 투과시키는 제2 레이어를 포함하는 이미지 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 레이어는 흑색 폴리머(polymer)로 패터닝 된 레이어를 포함하고,
상기 제2 레이어는 투명 폴리머를 이용하여 상기 제1 레이어를 커버하도록 배치되는 레이어를 포함하는 이미지 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 마이크로 렌즈들은 상기 제1 레이어의 패턴에 대응되도록 배치된 이미지 생성 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 마이크로 렌즈들은
렌즈 제작에 이용되는 열 가소성 폴리머를 이용하여, 상기 제2 레이어의 일면에 상기 제1 레이어의 패턴에 대응되도록 배치된 이미지 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 형태로 구성된 이미지 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 마이크로 렌즈들은 동일한 영역을 관측하도록 구성된 이미지 생성 장치.