KR101293779B1 - 광학장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학장치에 있어서, 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상부에 위치하며, 빛을 방사하는 두 개 이상의 광원과, 상기 광원 상부에 위치하며, 방사되는 빛을 집광하여 대물면으로 조사하기 위한 조명렌즈부과, 상기 조명렌즈부 중앙에 위치하며, 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하기 위한 이미지렌즈 및 상기 인쇄회로기판과 이미지렌즈 사이에 위치하며, 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서를 포함하되, 상기 이미지렌즈는 복수개를 사용하여 광각구현 및 해상도를 높일수 있고 인쇄회로기판으로부터 분리 가능하며, 상기 조명렌즈부는 광원과 동수로 서로 수직하게 형성하는 것을 특징으로 하는 광학장치에 관한 것이다.

Description

광학장치 {Optic device}
본 발명은 두 개 이상의 광원을 갖는 광학장치에 관한 것이다.
종래의 광학장치는 광원, 예를 들어 LED에서 방사된 빛이 광학적 투명체로 제작된 조명렌즈 및 이미지렌즈를 포함하는 광학구조물로 유입되어 물체의 표면(대물면)에 반사된 후 이미지렌즈를 거쳐 이미지 센서로 유입되는 구성을 갖는다.
등록특허 제10-0677820호를 참조하면, 광원은 2개로 구성되어 렌즈 및 반사면 일체형 광학구조물의 하단에 위치하게 된다. 광원으로부터 조사된 광은 조명렌즈로 유입된다. 조명렌즈는 광원에서 방사된 빛을 집광 및 반사하여 대물면으로 조사한다.
광원에서 방사된 빛을 대물면으로 효과적으로 조사하기 위해서는 조명렌즈의 형상이 매우 중요하다. 종래의 조명렌즈는 출사면이 구면으로 형성되어 빛이 대물면으로 집중되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 광학구조물은 조명렌즈와 이미지렌즈를 포함하는 일체형 구조물로 제작되어, 이미지렌즈의 높이 및 크기가 바뀔 때마다 광학구조물 전체를 다시 제작해야 하기 때문에 비용과 시간이 낭비되는 문제점이 있었다.
그리고, 일반적으로 지문의 깊이 및 형태는 인종 및 사람에 따라 차이를 나타내며 이로 인해 광학식 지문인식 기술의 경우에는 그에 따른 지문의 선명도(명암비) 차이가 발생하게 된다.
이는 지문 영상의 변화량을 인식하여 동작하는 포인팅 디바이스에서 동작성능에 직접적으로 영향을 끼치며 이에 따라 시용되는 사람에 따라 동작성에 편차가 발생되는 단점이 있다.
즉, 상기 등록특허 제10-0677820호에 따르면, 동일한 형태의 복수 광원 및 렌즈구조물을 동일 위치에 구성함으로써, 개인에 따른 지문의 굴곡 및 깊이에 따라 발생하는 편차의 양에 따라 포인팅 디바이스의 동작 성능에 편차가 발생하게 되는 단점이 있으며, 지문영상의 화질이 저하되는 단점이 있다.
또한, 기존 기술은 단순히 지문의 극히 일정부분에서 얻은 영상의 위치 및 방향 벡터를 추출하여 화면의 키등의 위치를 변화시키는데 중점을 두고 있다.
하지만 영상획득을 하는 영역이 극히 작아 지문인식용도로는 사용할 수 없으며 기존 기술은 사용할 수 있는 이미지렌즈의 수가 제한적(1개)이기 때문에 지문획득영역을 넓이고 지문판별을 할 정도로 고품질의 영상을 획득할 수 없었다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 광원으로부터의 빛을 효과적으로 집광 및 반사할 수 있는 조명렌즈를 갖고, 조명렌즈와 이미지렌즈를 분리함으로써 이미지렌즈의 사양을 바꿔야 할 경우에 이미지렌즈만 독립적으로 교체할 수 있는 광학장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수개의 렌즈구조물 형상 및 배치를 각각 다르게 하여 손가락이미지(지문)에 입사되는 빛의 입사각 및 방향을 각각 다르게 하여 조명함으로써 지문의 차이에 따른 명암비의 차이를 보상해줄 수 있는 광학장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 복수의 이미지렌즈를 추가함으로써 광각을 구현하여 넓은 영역의 손가락 지문영상을 획득할 수 있으며 복수의 이미지렌즈를 통해 화질을 개선시킴으로써 추가적으로 지문인식기능까지 추가할 수 있는 광학장치를 제공하고자 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학장치는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판 상부에 위치하며, 빛을 방사하는 두 개 이상의 광원과; 상기 광원 상부에 위치하며, 방사되는 빛을 집광하여 대물면으로 조사하기 위한 조명렌즈부과; 상기 조명렌즈부 중앙에 위치하며, 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하기 위한 이미지렌즈; 및 상기 인쇄회로기판과 이미지렌즈 사이에 위치하며, 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서;를 포함하되, 상기 이미지렌즈는 인쇄회로기판으로부터 분리 가능하며, 상기 조명렌즈부는 광원과 동수로 서로 수직하게 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 이미지렌즈는 볼록 렌즈 형상의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지렌즈는 광각 및 고해상도를 획득하기 위해서는 복수개의 이미지렌즈를 사용하는 구조를 특징으로 한다.
그리고, 상기 이미지렌즈는 광원에서 사용된 파장만을 통과시키는 물질을 함유한 플라스틱 혹은 polymer 레진으로 사출성형된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명렌즈부는 상기 광원과 동수로 형성하며, 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈와 일체로 형성되어 상기 조명렌즈를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 조명렌즈부는 가운데에 개구부를 갖고, 상기 개구부에는 상기 이미지렌즈가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부재의 하면에는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부는 인쇄회로기판과 조립되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 조명렌즈부를 덮는 광학커버;를 더 포함하며, 광학커버는 외면에 대물면이 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광학커버의 외부면 또는 내부면은 차광 코팅된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광학커버는 광원에서 사용된 파장만을 통과시키는 물질을 함유한 플라스틱 혹은 polymer 레진으로 사출성형된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명렌즈는 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈와, 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈와, 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주기 위한 출사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 출사렌즈의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과, 상기 제1 직선과 연결된 제2 직선으로 이루어지고, 상기 제2 직선은 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사렌즈 및 상기 출사렌즈의 각도를 서로 다르게 구성하여 손가락 지문면에 입사되는 빛의 입사각 및 방향을 다르게 조명함으로써 지문의 차이에 따른 명암비의 편차를 보상하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광원은 이미지센서의 사방(四方)에 하나씩 배치 가능하며, 서로 90~180도의 각도 범위 내에서 배치시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 광학장치는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판 상부에 위치하며, 빛을 방사하는 두 개 이상의 광원과; 상기 광원 상부에 위치하며, 방사되는 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈를 구비한 조명렌즈부와; 상기 조명렌즈부 중앙에 위치하며, 대물면으로부터 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하기 위한 이미지렌즈; 및 상기 인쇄회로기판과 이미지렌즈 사이에 위치하며, 집광된 빛을 감지하기 위한 이미지센서;를 포함하되, 상기 조명렌즈는 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈; 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈; 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주기 위한 출사렌즈;로 구성하고, 상기 출사렌즈의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과, 상기 제1 직선과 연결된 제2 직선으로 이루어지고, 상기 제2 직선은 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광학장치에서 조명렌즈부와 이미지렌즈를 각각 독립된 부재로 형성함으로써 이미지렌즈의 사양을 바꿔야 할 경우에 이미지렌즈만 독립적으로 교체할 수 있어, 광학장치를 제작하기 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한 복수개의 렌즈를 사용함으로 써 광각 고해상도를 구현하여 실질적인 지문인식기능까지 추가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학장치의 조명렌즈는 입사렌즈, 반사렌즈, 출사렌즈로 구성되고, 출사렌즈는 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과, 상기 제1 직선과 연결되고 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 제2 직선으로 구성됨으로써, 목표영역에 대한 집광효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 광학장치는 복수개의 광원 배치와, 광원과 동수의 조명렌즈부 형상 및 배치를 각각 다르게 하여 손가락이미지(지문)에 입사되는 빛의 입사각 및 방향을 각각 다르게 하여 조명함으로써 지문의 차이에 따른 명암비의 차이를 보상해줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 사시도이다.
도 2는 도 1 광학장치의 상면도이다.
도 3은 도 2 광학장치의 A-A 및 B-B 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 조명렌즈부를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4 조명렌즈부의 조명렌즈를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5 조명렌즈의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 5 조명렌즈의 단면의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 조명렌즈에서 사용되지 않는 단면 구조를 도시하는 도면이다.
도 9는 종래의 일 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 10은 종래의 다른 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 12은 본 발명의 실시 예에 따른 조명렌즈부로 입사된 광 경로의 이미지를 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 사시도이다. 도 2는 도 1 광학장치의 상면도이다. 도 3은 도 2 광학장치의 A-A 및 B-B 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 광학장치는 광원(110), 조명렌즈부(120), 이미지렌즈(130), 이미지센서(140), 인쇄회로기판(160), 광학커버(170)를 포함한다.
광원(110)은 칩 형태로 인쇄회로기판(160) 상에 설치될 수 있다.
광원(110)으로는 예를 들어, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 사용할 수 있고, 광원(110)의 색상은 특정 색에 한정되지 않고 실시 조건에 따라 다양한 색의 LED를 사용할 수 있다. 광원은 LED 뿐만 아니라, 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), IR 다이오드, 램프형 소자 등을 사용할 수 있다.
광원(110)은 인쇄회로기판(160) 상에 두 개 이상 구비되고, 이미지센서(140)의 사방(四方)에 하나씩 배치 가능하며, 서로 90~180도의 각도 범위 내에서 배치시키는 것이 바람직하다.
조명렌즈부(120)는 광원(110)의 위에 배치되어, 광원(110)으로부터 나오는 빛을 집광하여 대물면(180)으로 조사하는 역할을 한다. 조명렌즈부(120)는 각각의 광원(110)에 하나씩 배치되는 것이 바람직하다. 또는, 광원(110)이 하나이고, 조명렌즈부(120)가 광원(110)의 위에 이격되어 복수 개 구비하는 것 또한 가능하다.
조명렌즈부(120)는 광원(110)으로부터의 빛을 집광하여 대물면(180)으로 조사하는 조명렌즈(121)와, 이러한 조명렌즈(121)를 지지하는 지지부재(122)를 포함할 수 있다.
조명렌즈(121)는 광학 플라스틱으로 구성될 수 있고, 좌우의 광원(110) 위에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 지지부재(122)는 조명렌즈(121)의 측면을 지지하는 바(bar) 형태로 될 수 있고, 조명렌즈(121)와 일체로 형성될 수 있다.
그에 따라, 조명렌즈부(120)는 가운데에 개구부(123)를 갖게 되고, 이러한 개구부(123) 중앙에는 이미지렌즈(130)가 배치될 수 있다.
지지부재(122)는 하단에 돌출부(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 이러한 돌출부는 인쇄회로기판(160)의 상단과 조립되어, 조명렌즈부(120)가 인쇄회로기판(160) 상에서 정위치를 유지할 수 있도록 한다.
이미지렌즈(130)는 대물면(180)으로부터 반사되는 빛을 이미지센서(140)로 집광하는 역할을 한다. 이미지렌즈(130)는 원통형으로 형성되어, 광학플라스틱으로 제작될 수 있다. 이때, 이미지렌즈(130)는 볼록 렌즈 형상의 패턴을 포함하는 것이 가능하다.
이미지렌즈(130)는 도시된 바와 같이 독립된 하나 이상의 부재로 구성되어, 광학장치로부터 분리될 수 있다. 즉, 이미지렌즈(130)는 이미지센서(140) 상에 안착되지만, 이미지렌즈(130)를 다른 사양의 것으로 교체할 필요가 있을 때는 분리될 수 있다.
또한, 광각 및 고해상도를 구현하기 위해 복수개의 렌즈를 사용할 수도 있다.
인쇄회로기판(160)에는 광원(110), 각종 소자 및 배선들이 배치된다. 인쇄회로기판(160) 상에는 이미지센서(140)가 배치될 수 있다. 이미지센서(140)는 와이어 본딩(wire bonding), 플립칩 본딩(flip chip bonding) 등의 공정으로 인쇄회로기판(160) 상에 부착될 수 있다.
광학커버(170)는 조명렌즈부(120)를 덮어서, 광학장치 전체를 보호하는 역할을 한다. 광학커버(170)는 광학 플라스틱으로 구성될 수 있다. 광학커버(170)의 내부면 또는 외부면은 차광 코팅되어, 외부로부터 광이 유입되어 이미지센서(140)가 포화되는 것을 방지한다. 광학커버(170)의 내부면에는 협대역(narrow band) 코팅이 형성될 수 있다.
또한, 광학플라스틱 내부에 특정파장대를 차단하는 물질을 함유한 레진을 이용하여 사출제조할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학장치에서는 이미지렌즈(130)가 독립된 부재로 구성되어 광학장치로부터 분리 가능하다. 즉, 이미지렌즈(130)만 독립적으로 교체가능하게 구성된다.
종래의 광학장치에서는 광원으로부터의 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈와, 대물면에서 반사되는 빛을 이미지센서로 집광하는 이미지렌즈가 하나의 통합 부재로 구성되었다. 조명렌즈와 이미지렌즈가 통합된 부재는 일반적으로 플라스틱 사출에 의해 제작된다. 광학장치에서, 이미지센서의 사양에 따라 이미지렌즈를 교체할 필요가 있을 때는 조명렌즈와 이미지렌즈가 통합된 부재 전체를 교체해야 했다. 이는 광학장치에서 부품의 교체로 인한 시간과 비용을 증가시키게 된다.
본 발명에서는 이미지렌즈(130)를 조명렌즈부(120)와 분리된 독립된 부재로 구성하였다. 그에 따라, 이미지렌즈(130)를 교체할 필요가 있을 때는, 이미지렌즈(130)만을 교체할 수 있도록 하여 부품 교체로 인한 시간과 비용을 절감할 수 있다.
더불어, 이미지렌즈가 조명부와 독립적으로 구성됨으로써 이미지렌즈의 추가가 용이하여 실질적인 지문인식성능이 획기적으로 향상될 수 있다.
또한, 종래의 광학장치에서는 광원에서 나오는 빛이 이미지렌즈로 직접 입사되는 것을 방지하기 위해 이미지렌즈에 인접하여 차단막 형상을 구현하여야 한다. 이러한 차단막 형상으로 인해 플라스틱 사출 시 용융물의 흐름이 방해되어 성형성이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서는 이미지렌즈(130)가 분리 가능한 독립 부재로 구성되고, 이미지렌즈(130)는 측면에 종래와 같은 차단막 형상을 개별 구성하는 것이 가능하여 성형성이 저하되는 문제도 발생되지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 조명렌즈부를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4 조명렌즈부의 조명렌즈를 도시하는 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 조명렌즈부(120)는 조명렌즈(121)와, 지지부재(122)를 갖는다. 조명렌즈(121)는 광원(110)으로부터의 빛을 집광하여 대물면(180)으로 조사한다. 지지부재(122)는 ‘ㄴ‘ 형상으로 조명렌즈(121)의 측면에 일체로 연결되어 조명렌즈(121)를 지지한다.
조명렌즈(121)는 입사렌즈(121a), 반사렌즈(121b) 및 출사렌즈(121c)를 갖는 프리즘 구조로 형성될 수 있다.
입사렌즈(121a)는 광원(110)의 바로 위에 배치되어 광원(110)으로부터의 광이 입사되는 부분이다. 입사렌즈(121a)는 구면 또는 비구면의 형상을 가질 수 있다.
반사렌즈(121b)는 입사렌즈(121a)와 연결되고, 입사렌즈(121a)를 통과한 빛을 반사하여 대물면(180) 방향으로 보정하는 역할을 한다. 반사렌즈(121b)는 구면 또는 비구면의 형상을 가질 수 있다.
출사렌즈(121c)는 반사렌즈(121b)에서 반사된 빛을 대물면(180)에 모아주는 역할을 한다. 출사렌즈(121c)는 서로 연결되는 편평한 2개의 면으로 이루어진다. 그에 따라, 출사렌즈(121c)의 단면은 2개의 직선이 연결된 구조로 형성된다.
도 6은 도 5 조명렌즈의 단면의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7은 도 5 조명렌즈의 단면의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 조명렌즈에서 사용되지 않는 단면 구조를 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 조명렌즈(221)는 입사렌즈(221a), 반사렌즈(221b) 및 출사렌즈(221c)로 구성되고, 이 중에서 출사렌즈(221c)의 단면은 2개의 직선으로 구성된다.
출사렌즈(221c)의 단면은 수평선(x)과 이루는 각(α)이 예각을 형성하는 제1 직선(221c')과, 수평선(y)과 이루는 각(β)이 직각을 형성하는 제2 직선(221c")으로 이루어진다.
이러한 출사렌즈(221c)의 단면 형상은 반사렌즈(221b)에서 반사된 광이 출사렌즈(221c)를 통해 목표 영역으로 집중될 수 있도록 하여 광효율을 향상 시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 조명렌즈(321)는 입사렌즈(321a), 반사렌즈(321b) 및 출사렌즈(321c)로 구성된다. 출사렌즈(321c)의 단면은 수평선(x)과 이루는 각(α)이 예각을 형성하는 제1 직선(321c')과, 수평선(y)과 이루는 각(β)이 예각을 형성하는 제2 직선(321c")으로 이루어진다.
이러한 출사렌즈(321c)의 단면은 반사렌즈(321b)에서 반사된 광이 목표 영역으로 집중될 수 있도록 하여 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 조명렌즈에서 사용되지 않는 단면 구조를 도시한다.
조명렌즈(421)는 입사렌즈(421a), 반사렌즈(421b) 및 출사렌즈(421c)로 구성된다. 출사렌즈(421c)의 단면은 서로 연결되는 제1 직선(421c')과 제2 직선(421c")으로 이루어진다. 제1 직선(421c')은 수평선(x)과 이루는 각(α)이 예각을 형성하지만, 제2 직선(421c")은 바깥쪽으로 돌출되어 수평선(y)과 이루는 각(β)이 둔각을 형성하게 된다.
이와 같이, 제2 직선(321c")이 수평선(y)과 둔각을 형성함으로써, 출사렌즈(421c)를 통과한 빛은 목표영역에 도달하지 못하거나 목표영역으로 넓게 퍼지게 되어 집광효율이 저하되는 문제가 있다.
도 9는 종래의 일 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다. 도 10은 종래의 다른 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 조명렌즈로 입사된 광의 경로를 도시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 종래의 조명렌즈(50)는 입사렌즈(50a), 반사렌즈(50b) 및 출사렌즈(50c)로 구성된다. 출사렌즈(50c)의 단면은 상단의 수평방향의 직선과, 이러한 직선과 연결되는 볼록한 형태의 직선 또는 곡선이 연결되는 구조를 갖는다. 이러한 출사렌즈(50c)를 통과한 빛은 화살표로 도시된 바와 같이 목표영역에 도달하지 못하거나, 목표영역으로 넓게 퍼지게 되어 집광 효율이 떨어진다.
도 10을 참조하면, 종래의 다른 조명렌즈(60)는 입사렌즈(60a), 반사렌즈(60b) 및 출사렌즈(60c)로 구성된다. 출사렌즈(60c)의 단면은 수평방향의 직선과 수직방향의 직선이 직각으로 만나는 구조를 갖는다. 화살표로 도시된 바와 같이, 출사렌즈(60c)를 통과한 빛은 도 9에 도시된 조명렌즈(50)와 비교하여 목표 영역으로 효과적으로 집속되는 것을 확인할 수 있으나, 상단의 수평면에서 반사된 빛은 광학장치에서 이미지렌즈가 위치하는 방향으로 조사되는 것을 확인할 수 있다. 이는 이미지렌즈에 외란광을 발생시켜 해상도를 떨어뜨리는 문제를 발생시킨다.
본 발명의 실시예를 나타내는 도 11을 참조하면, 조명렌즈(221)는 입사렌즈(221a), 반사렌즈(221b) 및 출사렌즈(221c)로 구성된다. 출사렌즈(221c)의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과(221c'), 상기 제1 직선(221c')과 연결되면서 수평선과 예각 또는 직각으로 만나는 제2 직선(221c")으로 이루어진다.
상기 출사렌즈(121c)는 상단의 평면을 없애 외란광의 발생을 차단하고, 서로 연결되는 제1 직선(221c')과 제2 직선(221c")의 구조로 인해 반사렌즈(121b)를 통과한 빛이 목표영역을 중첩하여 조사함으로써, 빛이 좁은 면적에 집속되도록 하여 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 12은 본 발명의 실시 예에 따른 조명렌즈부로 입사된 광 경로의 이미지를 나타낸 도면이다. 도 12a는 도 3의 A-A 단면에 따른 광 경로를 나타낸 도면이고, 도 12b는 도 3의 B-B 단면에 따른 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하여 광원(110)으로부터의 광경로를 살펴보면, 광원(110)에서 나오는 빛은 조명렌즈부(120)를 통해 반사 및 집광되어 대물면으로 조사된다. 대물면에서 반사되는 빛은 이미지렌즈를 통해 집광되어, 이미지센서로 유입된다.
도 12에 도시된 바와 같이 복수개의 광원(110) 배치와, 동수의 조명렌즈를 포함하는 조명렌즈부(120)의 형상 및 배치를 이미지센서의 사방에 형성함으로써, 손가락이미지(지문)에 입사되는 빛의 입사각 및 방향을 각각 다르게 할 수 있고, 그로 인해 지문의 차이에 따른 명암비의 차이를 보상해줄 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 광학장치는 초소형 광학방식의 광학장치 센서모듈로 사용하여 초소형 포인팅장치 또는 입력장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학장치를 초소형 광학방식의 센서모듈로 사용하여 초소형 지문센싱장치의 구현이 가능하다. 이러한 초소형 지문 센싱 장치는 PC나 휴대형 단말기에서 보안기능을 강화하는데 실용적인 솔루션을 제공할 수 있게 한다.
또한, 소형 박형의 포인팅장치나 입력장치를 구현하여 시계형, 반지형, 단추형 등 무선입력장치의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학장치는 노트북, 태블렛 PC 등에 내장되어 작은 공간에서 고성능의 포인팅 기능을 구현할 수 있으며, 소형의 고성능 포인팅장치를 내장하거나 부착하는 유무선 키보드에 사용할 수 있다.
본 발명의 광학장치는 소형의 박형 포인팅 기능을 구현할 수 있어 기존 단말기들의 네비게이션(navigation) 키기능을 대치하거나 포인팅기능을 추가하는 장치로서 활용될 수 있으며, 휴대형 게임기기에서도 소형 포인팅장치로서 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학장치를 홈네트워크 환경에서의 원격제어장치에 적용하여 다기능 고성능의 원격제어장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 광학장치를 이용한 초소형 포인팅장치는 키오스크(kiosk) 등 여러 사람이 접근하고 사용하는 기기에 내장되어 그 성능을 고도화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 광원 120 : 조명렌즈부
121 : 조명렌즈 121a : 입사렌즈
121b : 반사렌즈 121c : 출사렌즈
122 : 지지부재 123 : 개구부
130 : 이미지렌즈 140 : 이미지센서
160 : 인쇄회로기판 170 : 광학커버
180 : 대물면

Claims (15)

  1. 인쇄회로기판,
    상기 인쇄회로기판 상부에 위치하며, 빛을 방사하는 두 개 이상의 광원,
    상기 광원의 상부에 위치하며, 방사되는 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈부,
    상기 조명렌즈부의 중앙에 위치하며, 상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 집광하는 이미지렌즈, 그리고
    상기 인쇄회로기판과 상기이미지렌즈의 사이에 위치하며, 상기 이미지 렌즈에 의해 집광된 빛을 감지하는 이미지센서
    를 포함하고,
    상기 조명렌즈부는 상기 두 개 이상의 광원과 동수로 서로 수직하게 형성되고, 상기 이미지렌즈는 상기 인쇄회로기판으로부터 분리되며 복수의 렌즈를 구비하는
    광학장치.
  2. 제1항에서,
    상기 이미지렌즈는 볼록 렌즈 형상의 패턴을 포함하는 광학장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 이미지렌즈는 광원에서 사용된 파장만을 통과시키는 물질을 함유한 플라스틱 혹은 폴리머(polymer) 레진으로 사출성형된 광학장치.
  5. 제1항에서,
    상기 조명렌즈부는 빛을 집광하여 상기 대물면으로 조사하는 조명렌즈 그리고 상기 조명렌즈와 일체로 형성되어 상기 조명렌즈를 지지하는 지지부재를 포함하는 광학장치.
  6. 제5항에서,
    상기 조명렌즈부는 가운데에 개구부를 구비하고, 상기 이미지렌즈는 상기 개구부에 위치하는 광학장치.
  7. 제5항에서,
    상기 지지부재는 하면에 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부는 상기 인쇄회로기판과 조립되는 광학장치.
  8. 제1항에서,
    상기 조명렌즈부를 덮는 광학커버를 더 포함하며,
    상기 대물면은 상기 광학커버의 외면에 위치하는 광학장치.
  9. 제8항에서,
    상기 광학커버의 외부면 또는 내부면은 차광 코팅되어 있는 광학장치.
  10. 제8항에서,
    상기 광학커버는 상기 광원에서 사용된 파장만을 통과시키는 물질을 함유한 플라스틱 또는 폴리머(polymer) 레진으로 사출성형된 광학장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 조명렌즈는 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈, 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈, 그리고 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주는 출사렌즈를 포함하는 광학장치.
  12. 제11항에서,
    상기 출사렌즈의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과 상기 제1 직선과 연결된 제2 직선으로 이루어지고, 상기 제2 직선은 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는 광학장치.
  13. 제11항에서,
    상기 반사렌즈와 상기 출사렌즈의 각도를 서로 다르게 구성하여 손가락 지문면에 입사되는 빛의 입사각 및 방향을 다르게 조명함으로써 지문의 차이에 따른 명암비의 편차를 보상하는 광학장치.
  14. 제1항에서,
    상기 광원은 상기 이미지센서의 사방(四方)에 하나씩 배치되고, 서로 90도~180도의 각도 범위 내에서 배치되는 광학장치.
  15. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 상부에 위치하며, 빛을 방사하는 두 개 이상의 광원,
    상기 광원의 상부에 위치하며, 방사되는 빛을 집광하여 대물면으로 조사하는 조명렌즈를 구비한 조명렌즈부,
    상기 조명렌즈부의 중앙에 위치하며, 상기 대물면으로부터 반사되는 빛을 집광하는 이미지렌즈, 그리고
    상기 인쇄회로기판과 상기 이미지렌즈의 사이에 위치하며, 상기 이미지렌즈에 의해 집광된 빛을 감지하는 이미지센서
    를 포함하고,
    상기 조명렌즈는 광원으로부터의 빛이 입사되는 입사렌즈, 상기 입사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면 방향으로 보정하는 반사렌즈, 그리고 상기 반사렌즈로부터의 빛을 상기 대물면에 모아주는 출사렌즈
    를 포함하고,
    상기 출사렌즈의 단면은 수평선과 예각을 형성하는 제1 직선과 상기 제1 직선과 연결된 제2 직선으로 이루어지고, 상기 제2 직선은 수평선과 예각 또는 직각을 형성하는
    광학장치.
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