KR102570603B1 - 광센서 조립체 - Google Patents

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KR102570603B1
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Abstract

본 발명은 광센서에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 광센서 조립체를 제공한다. 광센서 조립체는, 복수의 옵티컬 파이버-여기서, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단은 일 열로 배치되며 상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단은 둘 이상의 열로 적층되어, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단에 의해 형성된 제1 면의 폭은 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 타단에 의해 형성된 제2 면의 폭보다 큼- 및 상기 제2 면에 광학적으로 결합된 센서 커넥터를 포함하되, 상기 제1 면은 전자장치의 내부로 입사하는 빛을 수광하고, 상기 제1 면에서 수광된 빛은 상기 제2 면을 통해 상기 센서 커넥터에 전달되며, 상기 센서 커넥터는 상기 제1 면으로부터 이격되어 상기 전자장치 내부에 배치될 수 있다.

Description

광센서 조립체{Proximity ambient light sensor package}
본 발명은 광센서에 관한 것이다.
광센서는 휴대 전화나 태블릿 등과 같은 휴대용 전자장치뿐 아니라 TV나 모니터와 같은 영상 전자장치에 사용된다. 광센서는, 예를 들어, 조도 센서, 근접 센서, 근접조도센서 등을 포함한다. 근접 센서는, 사용자와 전자장치간 거리를 측정하는 광센서이며, 조도 센서는 전자장치 주변 밝기를 감지하는 광센서이다. 광학 방식의 근접 센서와 조도 센서를 결합한 근접조도센서는, 단일 패키지 내에 두 센서를 구현한 것이다.
최근 들어, 디스플레이가 전자장치 전면의 거의 전체를 차지하는 디자인이 증가하고 있다. 큰 화면을 요구하는 수요에 따라 디스플레이의 크기가 커지지만, 카메라, 특히, 근접조도센서를 배치하기 위해서 전면의 적어도 일부 영역이 여전히 확보되어야 한다. 초음파 등을 이용한 근접 센서는, 전면이 디스플레이로 덮인 구조에도 적용 가능하지만, 조도 센싱 기능이 통합되기 어렵다. 한편, 조도 센서는, 전면 이외의 영역에도 위치될 수 있지만, 전자장치를 보호하기 위한 케이스로 인해 주변의 빛을 감지하지 못하게 될 수 있다. 따라서 근접조도센서가 설치될 수 있는 가장 이상적인 위치는 전자장치의 전면이지만, 디스플레이가 전면 전체를 차지하는 디자인에서는 상용의 근접조도센서를 배치할 위치를 확보하기가 어렵다.
디스플레이가 전면 전체를 차지하는 디자인의 전자장치에 적용 가능한 광센서 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 광센서 조립체를 제공한다. 광센서 조립체는, 복수의 옵티컬 파이버-여기서, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단은 일 열로 배치되며 상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단은 둘 이상의 열로 적층되어, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단에 의해 형성된 제1 면의 폭은 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 타단에 의해 형성된 제2 면의 폭보다 큼- 및 상기 제2 면에 광학적으로 결합된 센서 커넥터를 포함하되, 상기 제1 면은 전자장치의 내부로 입사하는 빛을 수광하고, 상기 제1 면에서 수광된 빛은 상기 제2 면을 통해 상기 센서 커넥터에 전달되며, 상기 센서 커넥터는 상기 제1 면으로부터 이격되어 상기 전자장치 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버는 POF(Plastic optical fiber)일 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버는, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단이 일 열로 배치된 수평 정렬 구간, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단이 둘 이상의 열로 배치된 수직 정렬 구간 및 상기 수평 정렬 구간과 상기 수직 정렬 구간을 연결하며, 상기 복수의 옵티컬 파이버가 구부러진 변형 구간을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제2 면은 상기 옵티컬 파이버의 타단이 각 열마다 동일한 개수로 적층되어 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제2 면은 상기 옵티컬 파이버의 타단이 셋 이상의 열로 적층되어 형성되되, 적어도 어느 한 열에 적층된 타단의 개수는 나머지 열에 적층된 타단의 개수와 상이할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제2 면은 복수일 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 면은, 상기 전자장치의 프레임과 디스플레이 패널 사이 공간에 배치될 수 있다.
일 실시예로, 상기 센서 커넥터는, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단이 내부로 삽입되어 고정되는 메일 커넥터, 상기 메일 커넥터를 내부에 수용하는 피메일 커넥터 및 상기 메일 커넥터를 향하는 방향으로 상기 피메일 커넥터에 결합된 광센서를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 광센서는, 복수의 절단된 비아가 측면에 배열된 기판, 상기 기판의 상면에 배치되며, 상기 복수의 절단된 비아와 전기적으로 연결된 광센서 칩 다이 및 상기 기판의 상면에 상기 광센서 칩 다이로부터 이격되어 배치되며, 상기 복수의 절단된 비아에 전기적으로 연결된 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 피메일 커넥터는, 상기 광센서 칩 다이와 상기 발광 다이오드를 광학적으로 분리하는 분리벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 메일 커넥터는, 상기 광센서 칩 다이와 상기 발광 다이오드를 광학적으로 분리하는 분리벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 광센서는, 상기 광센서 칩 다이의 상부에 배치된 광센서용 렌즈를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단을 내부에 수용하는 플랫 커넥터를 더 포함하되, 상기 플랫 커넥터는 상기 전자장치 내부로 입사한 빛이 상기 일단을 향해 진행하는 광 경로를 제공할 수 있다.
일 실시예로, 상기 플랫 커넥터는, 옵티컬 파이버의 적어도 일부를 수용하는 반구형 홈이 내부에 형성된 커버 및 상기 복수의 옵티컬 파이버가 배치되며 상기 커버에 체결되어 상기 복수의 옵티컬 파이버를 고정하는 지지체를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버 및 상기 광 경로 각각에 대해 경사지게 배치된 미러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단은 경사면일 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단에 광학적으로 결합하도록 상기 광 경로에 배치되며, 결합 영역의 반대편은 경사면인 수직 광 가이드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버를 보호하는 단열 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 옵티컬 파이버는 검출광을 외부로 전달하는 발광용 옵티컬 파이버 및 외부로부터 입사된 반사된 검출광을 전달하는 수광용 옵티컬 파이버를 포함하며, 상기 발광용 옵티컬 파이버와 상기 수광용 옵티컬 파이버는 분리되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광센서 조립체는, 디스플레이가 전면 전체를 차지하는 디자인의 전자장치에 적용될 수 있다. 광센서 조립체는, 전자장치 내부에 배치되지만 외부의 빛을 광센서에 전달할 수 있어서, 전자장치의 외관 설계의 자유도를 증가시킬 수 있다. 또한, 광센서 조립체는, 전자장치 내부에서 발생된 빛에 영향을 받지 않을 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다. 도면은 발명을 이해하기 위한 수단이므로, 도면에 표현된 구성 요소의 폭이나 두께 등은 실제 구현시 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 전자장치에 배치된 광센서 조립체를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 광센서 조립체의 동작 원리를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 동작 원리가 구현된 광센서 조립체의 일실시예를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 광센서 조립체의 분해 사시도이다.
도 5는 광센서 조립체의 센서 커넥터의 일실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 광센서 조립체의 센서 커넥터 제조 및 설치 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 7은 광센서 조립체의 센서 커넥터의 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8은 광센서 조립체의 센서 커넥터의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 광센서 조립체의 광센서 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10은 플랫 커넥터의 일실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 11은 플랫 커넥터의 다양한 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12는 광센서 조립체의 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 13은 광센서 조립체의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 14는 광센서 조립체의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 중 “실질적으로”, “거의”, “약” 등과 같은 표현은 실제 구현시 적용되는 마진이나 발생가능한 오차를 고려하기 위한 표현이다. 예를 들어, “실질적으로 90도”는 90도일 때의 효과와 동일한 효과를 기대할 수 있는 각도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 다른 예로, “거의 없는”은 무엇인가가 미미하게 존재하더라도 무시할 수 있는 정도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
한편, 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다. 또한, 특별히 정의되지 않는 한, 각도, 입사각 등은 도면에 표시된 수평면에 수직한 가상의 직선을 기준으로 한다.
첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.
도 1은 전자장치에 배치된 광센서 조립체를 예시적으로 도시한 도면이다.
광센서 조립체(100)는, 전자장치(10), 예를 들어, 스마트 폰의 전면에 배치되어야 하는 광센서에 의한 디자인 제한을 제거할 수 있다. 광센서 조립체(100)는, 전자장치(10)의 내부에 위치될 수 있으며, 광센서 조립체(100)에 포함된 광센서는, 전자장치(10) 내부의 발광 부품, 예를 들어, 디스플레이 패널(13)에 의한 영향을 받지 않을 수 있다. 외부에 노출되지 않더라도, 광센서는, 광센서 조립체(100)에 의해서, 본래 기능을 수행할 수 있다. 즉, 광센서 조립체(100)에 의해서, 광센서를 전자장치(10)의 전면 중 일부 영역에 배치할 필요가 없어지므로, 디스플레이(13)가 전면 전체 영역에 배치될 수 있다.
전자장치(10)에 설치된 광센서는, 예를 들어, 포토 다이오드와 같은 수광부를 구비하며, 수광부는 광학적으로 투명한 커버 글라스(12) 하부에 위치된다. 커버 글라스(12)를 통과한 빛은 광센서의 상면에 형성된 개구를 통해 수광부에 도달하여 수광부에 의해 검출된다. 대부분의 다른 전자부품과 마찬가지로, 광센서 역시 매우 작은 치수를 가진다. 하지만, 광센서를 커버 글라스(12) 하부에 배치하기 위해서는, 전자장치(10)의 프레임(11)과 디스플레이(13) 사이에 공간이 필요하다. 이는, 디스플레이(13)가 차지할 수 있는 면적을 감소시키는 결과를 초래한다.
도 1의 (a)는 전면 디스플레이가 장착된 전자장치이며, (b)는 I-I'에 따른 단면도이다. 육안으로 볼 때, 디스플레이(13)가 프레임(11)에 밀착된 것처럼 보이지만, 디스플레이(13)와 프레임(11) 사이에는 수십 내지 수백 um의 유격이 존재할 수 있다. 또한, 디스플레이(13)의 측면 일부에 홈이 형성되거나, 측면 일부가 오목하게 형성될 수 있다. 빛은, 공차를 고려한 설계로 인해 발생한 유격이나 디스플레이(13) 측면 구조로 인해 발생한 공간(14)으로, 입사할 수 있다. 하지만, 공간(14)은 너무 좁아서 일반적인 구조의 광센서를 수용하기 어렵다.
도 1의 (c)는 프레임(11)과 디스플레이(13) 사이 공간(14)에 배치된 광센서 조립체(100)를 나타낸다. 광센서 조립체(100)의 일단은, 공간(14)에 위치될 수 있을 정도로 얇으며, 타단은 광센서 상면을 적어도 부분적으로 커버하는 단면적을 가질 수 있다. 광센서 조립체(100)는, 커버 글라스(12)를 투과하여 공간(14)으로 입사한 빛을 광센서로 전달한다. 광센서는, 전달된 빛을 이용하여, 전자장치 주변 밝기, 전자장치와 주변 물체간 거리, 및/또는 전자장치 주변에 물체가 존재하는지 여부 등을 검출할 수 있다. 한편, 디스플레이 패널(13)의 측면은 빛이 투과할 수도 있다. 특히, 디스플레이 패널(13)에서 발생한 빛은 광센서 조립체(100)에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널(13)의 측면에는 차광 구조(13')가 형성 또는 배치될 수 있다. 차광 구조(13')는, 예를 들어, 디스플레이 패널(13)의 측면에 적층된 차광 물질일 수 있다. 차광 구조(13')는, 광센서 조립체(100)가 배치된 측면 전체 또는 그 측면의 일부에만 형성될 수 있다. 추가적으로, 측면에 형성된 차광 구조는, 디스플레이 패널의 하면을 따라 연장될 수 있다.
도 2는 광센서 조립체의 동작 원리를 예시적으로 설명하기 위한 도면으로, 비교를 위해 일반적인 광센서(301)의 동작 원리를 함께 도시하고 있다.
광센서 조립체(100)는, 빛(24)이 입사하는 제1 면(20) 및 빛(26)이 나오는 제2 면(21)을 가진 광 가이드(25)를 포함한다. 제1 면(20)과 제2 면(21)은 상이한 형상을 가진다. 예시된 바와 같이, 제1 면(20)은, 얇고 긴 직사각형이며, 제2 면(21)은 정사각형일 수 있다. 그러나, 이하에서 상세히 설명되겠지만, 제1 면(20) 및 제2 면(21)의 형상은 예시된 직사각형이나 정사각형에 한정되지 않는다. 한편, 제1 면(20)의 면적과 제2 면(21)의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 광 가이드(25)에 의한 광 손실이 무시할 정도로 작다면, 제1 면(20)이 수광한 빛(24)의 광량과 제2 면(21)을 통해 광센서(300)에 전달되는 빛(26)의 광량은 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 면(20)의 가로 길이(또는 폭)는 제2 면(21)의 가로 길이보다 클 수 있으며, 제1 면(20)의 세로 길이(또는 두께)는 제2 면(21)의 세로 길이보다 작을 수 있다. 제1 면(20)은, 소정 각도 범위로 입사하는 빛(24)을 수광할 수 있다. 그로 인해, 제1 면(20)에 대응하는 검출 영역(23)은, 제1 면(20)로부터의 거리 D가 증가할수록 확장되며, 검출 면적(23)의 형상은 제1 면(20)의 형상과 거의 유사하게 유지될 수 있다.
제1 면(20)과 유사하게, 광센서(301)의 경우에도, 상면으로부터 거리 D가 증가할수록 검출 영역(29)이 확장된다. 광센서(301)의 검출 영역(29)의 형상은, 광센서(301)의 광학 구조, 예를 들어, 렌즈 및/또는 빛이 통과하기 위한 개구의 형상 등에 의해 결정되며, 실질적으로 원형 또는 타원형일 수 있다. 제1 면(20)의 가로 길이가 광센서(301)의 광학 구조의 폭보다 상대적으로 크기 때문에, 제1 면 (20)의 검출 영역(23)의 폭 W1d는, 광센서(401)의 검출 영역(29)의 폭 W2d보다 상대적으로 클 수 있다.
한편, 광 가이드(25)는 양방향으로 빛을 전달한다. 제2 면(21)은 광센서(300)가 생성한 빛(27)을 수광할 수 있다. 제1 면(20)을 통해 광 경로(25) 외부로 나간 빛(28)은, 물체에 반사되어 다시 제1 면(20)으로 되돌아올 수 있다. 빛간의 간섭을 감소시키기 위해서, 제1 면(20)이 수광한 빛(24)이 통과하는 광 경로와 제2 면(21)이 수광한 빛(27)이 통과하는 광 경로는 광학적으로 분리될 수 있다. 여기서, 제2 면(21)이 수광하는 빛(27)은, 예를 들어, 근적외선과 같이 특정 파장의 빛 및/또는 소정 주파수의 펄스 형태의 빛일 수 있다.
광 가이드(25)는 다양하게 구현 가능하다. 이하에서는 복수의 POF(Plastic optical fiber)를 이용하여 광 가이드(25)를 구현한 실시예가 주로 설명되지만, 광 가이드(25)는, POF의 코어와 유사한 물성을 갖는 물질을, 몰드를 이용한 사출 성형 등의 방식으로도 제조될 수 있다. 또한, 광 가이드(25)는, GOF(Glass optical fiber) 또는 GOF의 코어와 유사한 물성을 갖는 물질을 이용하여 구현될 수도 있다. 다만 GOF의 경우, 옵티컬 파이버의 형상은 열처리 등을 통해 광 가이드(25)의 형태에 맞게 성형되어야 한다.
도 3은 도 2의 동작 원리가 구현된 광센서 조립체를 예시적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 광센서 조립체의 분해 사시도이다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 광센서 조립체(100)는 센서 커넥터(150) 및 광 가이드(200)를 포함한다. 추가적으로 또는 선택적으로, 광센서 조립체(100)는 플랫 커넥터(110)를 더 포함할 수 있다. 플랫 커넥터(110)는 광 가이드(200)의 일단에 결합될 수 있으며, 센서 커넥터(150)는 광 가이드(200)의 타단에 결합된다. 일 실시예로, 광 가이드(200)는 복수의 옵티컬 파이버(210)로 구성될 수 있다. 옵티컬 파이버(210)는, 내부를 통해 빛이 전달될 수 있는 코어 및 코어를 보호하기 위한 클래딩을 포함하며, 코어의 직경 및 클래딩의 두께는 다양할 수 있다. 한편, 옵티컬 파이버(210)는 적절한 유연성을 가져서 광 가이드(200)의 적어도 일부 구간, 예를 들어, 수평 정렬 구간(220)은 구부러질 수 있다. 옵티컬 파이버(210)는, 예를 들어, POF일 수 있다.
광 가이드(200)는, 수평 정렬 구간(220), 변형 구간(230) 및 수직 정렬 구간(240)을 포함한다. 수평 정렬 구간(220), 변형 구간(230) 및 수직 정렬 구간(240)은, 옵티컬 파이버(210)의 배열 상태(예를 들어, 수평 정렬 구간(220) 및 수직 정렬 구간(240)) 및/또는 배열 상태가 변경되는 영역(예를 들어, 변형 구간(230))을 구분하기 위한 것으로, 각 구간(220, 230, 240)은 순서대로 연속된다. 각 구간(220, 230, 240)의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다. 한편, 각 구간(220, 230, 240)의 폭은 순서대로 감소한다.
일 실시예로, 수평 정렬 구간(220)에서, 복수의 옵티컬 파이버(210)는 일 열로 배치될 수 있다. 여기서, 일 열은, 길이 방향으로 볼 때, 복수의 옵티컬 파이버(210)가 동일 평면상에 있는 배열된 것을 의미한다. 한편, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)은, 단면 방향으로 볼 때, 실질적으로 동일한 평면상에 배열되어 도 2에 도시된 제1 면(20)을 형성한다. 수평 정렬 구간(220)에서, 옵티컬 파이버(210)는 길이 방향으로 실질적으로 직선일 수 있지만, 적절한 유연성을 가지고 있기 때문에 적어도 일부는 곡선이거나 외력에 의해 구부러질 수도 있다. 일반적인 광센서(301)는, 예를 들어, 커버 글라스(12)에 직접 접촉하거나 적어도 커버 글라스(12) 하부에 위치되어야 했다. 이에 반해, 광센서 조립체(100)에 포함된 광센서(300)는, 빛이 도달할 수 없는 위치에 있지만 광 가이드(200)를 통해 빛을 제공받을 수 있다. 특히, 구부러질 수 있는 수평 정렬 구간(220)은, 광센서(300)의 설치 위치를 더 자유롭게 결정할 수 있도록 한다. 다른 실시예로, 수평 정렬 구간(220)에서, 복수의 옵티컬 파이버(210)는 둘 이상의 열로 배치될 수 있다. 즉, 길이 방향으로 볼 때, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 적어도 일부가 나머지 옵티컬 파이버(210)가 배열된 평면과 상이한 평면상에 배열된 것을 의미한다. 그러나 이 구조에서도, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)은 실질적으로 동일한 평면상에 배열될 수 있다.
변형 구간(230)은 수평 정렬 구간(220)이 끝나는 지점부터 수직 정렬 구간(240)이 시작되는 구간 사이에 위치하며, 실질적으로 직선인 옵티컬 파이버(210)가 곡선화되거나 구부러지는 구간이다. 변형 구간(230)은, 예를 들어, 일 열로 정렬된 복수의 옵티컬 파이버(210)를 둘 이상의 열로 적층(stack)하기 위해 옵티컬 파이버(210)를 변형하기 위한 구간이다. 변형 구간(230)으로 인해서, 복수의 옵티컬 파이버 각각의 형상은 모두 상이하거나, 대칭될 수 있다.
수직 정렬 구간(240)은, 변형 구간(230)으로부터 연장되며, 복수의 옵티컬 파이버(210)가 둘 이상의 열로 적층된 구간이다. 수직 정렬 구간(240)의 각 열에 포함된 옵티컬 파이버(210)의 개수는 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 16개의 옵티컬 파이버(210)로 광 가이드(200)를 구성하는 경우, 8개씩 2열, 4개씩 4열, 또는 2개씩 8열이 적층될 수 있다. 16개의 옵티컬 파이버(210)가 5-6-5의 3열(상부열-중간열-하부열)로 적층될 수도 있다. 한편, 예를 들어, 15개의 옵티컬 파이버(210)로 광 가이드(200)를 구성하는 경우, 1-2-3-4-5와 같이, 어느 한 열에 포함된 옵티컬 파이버(210)의 개수가 다른 열에 포함된 옵티컬 파이버(210)의 개수와 상이할 수도 있다. 각 열마다 적층되는 옵티컬 파이버(210)의 개수와 상관 없이, 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)은 단면 방향으로 볼 때 실질적으로 동일한 평면상에 배열되어 도 2에 도시된 제2 면(21)을 형성할 수 있다. 한편, 수직 정렬 구간(240)에서, 옵티컬 파이버(210)는 실질적으로 직선일 수 있다. 수직 정렬 구간(240)의 단부, 즉, 제2 면(21)은, 실질적으로 수직으로 광센서(300)에 광학적으로 결합될 수 있다. 여기서, 광학적 결합은, 두 구성 요소가 빛을 서로 전달할 수 있는 상태를 의미하며, 두 구성부가 물리적으로 접촉하고 있는 상태만을 한정하는 것은 아니다. 반대로, 광학적 분리는, 두 구성 요소가 빛을 서로 전달할 수 없는 상태를 의미한다.
일 실시예로, 수평 정렬 구간(220)의 길이는, 나머지 구간(230, 240)의 길이보다 길 수 있다. 수평 정렬 구간(220)은, 복수의 옵티컬 파이버(210)가 일 열로 배열되어 있어서, 나머지 구간(230, 240)보다 더 유연할 수 있다. 특히, 수평 정렬 구간(220)의 단면 두께는 나머지 구간(230, 240)의 두께보다 상대적으로 얇으므로, 예를 들어, 프레임(11)과 디스플레이(13)에 있는 좁은 공간(14)에도 삽입될 수 있다. 수평 정렬 구간(220)을 충분히 길게 하면, 수평 정렬 구간(220)의 일부는 좁은 공간(14)에 삽입되더라도 남은 구간을 구부릴 수 있어서 광센서(300)를 적절한 위치에 배치하기가 용이해진다. 다른 실시예로, 수직 정렬 구간(240)의 길이는, 나머지 구간(220, 230)의 길이보다 길 수 있다.
일 실시예로, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 배열 상태를 유지 및/또는 보호하는 제1 단열부재(120)는, 수평 정렬 구간(220)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 제1 단열부재(120)는, 열전도율이 낮은 물질을 복수의 옵티컬 파이버(210)에 코팅하여 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 단열부재(120)는, 수평 정렬 구간(220)의 적어도 일부에 부착되어 복수의 옵티컬 파이버(210)의 배열 상태를 유지하는 보호 필름일 수 있다. 또 다른 실시예로, 수평 정렬 구간(220)이 구부러진 경우 그 상태가 유지되도록 하기 위해, 수평 정렬 구간(220)의 적어도 일부는, 경화 후에도 일정한 형상을 유지하는, 열전도율이 낮은 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 복수의 옵티컬 파이버(210) 이외의 구성부, 예를 들어, 퍼넬(130), 센서 커넥터(150) 등도, 열전도율이 낮은 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예로, 복수의 옵티컬 파이버(210)를 보호하는 퍼넬(funnel)(130)이 변형 구간(230)에 배치될 수 있다. 퍼넬(130)은 수평 정렬 구간측 입구와 수평 정렬 구간측 입구를 가진다. 퍼넬(130)은, 수평 정렬 구간측 입구부터 수직 정렬 구간측 입구를 향해 좌우 폭은 감소하며 높이는 증가하는 형상을 가진다. 수평 정렬 구간측 입구의 좌우 폭은 복수의 옵티컬 파이버(210)의 직경의 합과 실질적으로 동일하거나 클 수 있으며, 높이는 옵티컬 파이버(210)의 직경과 실질적으로 동일하거나 클 수 있다. 수직 정렬 구간측 입구의 형상은, 수직 정렬 구간(240)에 위치한 복수의 옵티컬 파이버(210)의 단면 형상에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 퍼넬(130)은 입구(즉, 수직 정렬 구간측 입구)가 납작한 깔때기 형상일 수 있다. 따라서, 수평 정렬된 복수의 옵티컬 파이버(210)가 수평 정렬 구간측 입구를 통해 삽입되면, 복수의 옵티컬 파이버(210)는 수직 정렬 구간측 입구를 통해 외부로 인출되면서 수직 정렬될 수 있다. 반대로, 수직 정렬된 복수의 옵티컬 파이버(210)가 수직 정렬 구간측 입구를 통해 삽입되면, 복수의 옵티컬 파이버(210)는 수평 정렬 구간측 입구를 통해 외부로 인출되면서 수평 정렬될 수도 있다. 퍼넬(130)은, 합성 수지 등으로 형성될 수 있다.
일 실시예로, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 배열 상태를 유지 및/또는 보호하는 제2 단열부재(140)는, 수직 정렬 구간(240)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 제2 단열부재(140)는, 열전도율이 낮은 물질을 복수의 옵티컬 파이버(210)에 코팅하여 형성될 수 있다. 제2 단열부재(140)의 단면 형상은, 수직 정렬 구간(240)에 위치한 복수의 옵티컬 파이버(210)의 단면 형상에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예로, 제2 단열부재(140)는, 수직 정렬 구간(240)의 적어도 일부를 합성 수지로 코팅하여 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 제2 단열부재(140)는, 합성 수지로 형성된 파이프일 수 있다. 또 다른 실시예로, 제2 단열부재(140)는 퍼넬(130)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제2 단열부재(140)는 퍼넬(130)의 수직 정렬 구간측 입구로부터 옵티컬 파이버(210)의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
센서 커넥터(150)는 메일 커넥터(150a) 및 피메일 커넥터(150b)를 포함한다. 메일 커넥터(150a)는 수직 정렬 구간(240)에 결합된다. 즉, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)은 메일 커넥터(150a)의 내부로 삽입된다. 피메일 커넥터(150b)는 전자장치(10) 내부, 예를 들어, 기판 등에 부착되며, 내부 공간에 메일 커넥터(150a)를 수용한다. 광센서(300)는 피메일 커넥터(150b)에 결합된다. 메일 커넥터(150a)는 피메일 커넥터(150b)의 내부로 삽입되어 복수의 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)과 광센서(300)를 광학적으로 결합한다.
추가적으로, 광센서 조립체(100)는 플렛 커넥터(110)를 더 포함할 수 있다. 플랫 커넥터(110)는 수평 정렬 구간(220)에 결합된다. 즉, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)은 플랫 커넥터(110)에 배치된다. 플랫 커넥터(110)는 커버(110a) 및 지지체(110b)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 플랫 커넥터(110)는 미러(110c)를 더 포함할 수 있다. 즉, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일부는, 지지체(110b)에 배치되며, 지지체(110b)에 결합되는 커버(110a)에 의해 고정될 수 있다. 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)은, 미러(110c)를 향해 배치될 수 있다. 플랫 커넥터(110)는, 프레임(11)과 디스플레이(13) 사이 공간(14)에 배치될 수 있다.
도 5는 광센서 조립체의 센서 커넥터의 일실시예를 예시적으로 도시한 도면으로, 도 5의 (a)는 메일 커넥터(150a)의 정면, 측면, 배면, 및 상면을 나타내고, (b)는 피메일 커넥터(150b)의 정면, 측면 및 후면을 나타내며, (c)는 광센서(300)의 상면 및 측면을 나타낸다.
메일 커넥터(150a)는, 후면에 복수의 옵티컬 파이버(210)의 삽입구(152a) 및 정면에 노출구(153a)가 형성된 메일 커넥터 몸체(151a)를 포함한다. 메일 커넥터(150a) 내부에 삽입된 복수의 옵티컬 파이버(210)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 개구(154a)는 메일 커넥터 몸체(151a)의 상면에 형성된다. 피메일 커텍터(150b)에 체결되는 체결 돌기(155a)는, 메일 커넥터 몸체(151a)의 좌우 측면 중 어느 하나 또는 모두에 형성된다.
메일 커넥터 몸체(151a)의 삽입구(152a)는 노출구(153a)보다 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 삽입구(152a)의 좌우 폭은, 노출구(153a)의 좌우 폭보다 크며, 및/또는 삽입구(152a)의 높이는, 노출구(153a)의 높이보다 클 수 있다. 즉, 삽입구(152a)의 면적은 노출구(153a)의 면적보다 클 수 있다. 삽입구(152a)를 복수의 옵티컬 파이버(210)의 수직 정렬 구간(240)의 단면보다 크게 형성하면, 복수의 옵티컬 파이버(210)를 메일 커넥터(150a) 내부로 삽입하기가 용이해질 수 있다. 노출구(153a)의 형상은, 수직 정렬 구간(240)의 단면 형상과 실질적으로 동일할 수 있으나, 삽입구(152a)의 형상은 수직 정렬 구간(240)의 단면 형상에 제한되지 않을 수 있다.
피메일 커넥터(150b)는, 후면에 메일 커넥터(150a)를 삽입하기 위한 삽입구(152b) 및 정면에 광센서(300)를 체결하기 위한 노출구(153b)가 형성된 피메일 커넥터 몸체(151b)를 포함한다. 피메일 커넥터 몸체(151b)의 측면(154b)에는 체결 돌기(155a)를 수용하기 위한 체결 홈(155b)이 형성된다. 피메일 커넥터 몸체(151b)의 측면(154b)에는, 삽입구(152b)부터 체결 홈(155b)을 넘어서까지 수평하게 연장된 수평 홈(156b, 157b)이 체결 홈(155b)의 상부 및 하부에 각각 형성된다. 수평 홈(156b, 157b)은, 메일 커넥터(150a) 삽입시, 피메일 커넥터 몸체(151b)의 측면(154b)을 외측으로 휘어지도록 하여, 메일 커넥터(150a)와 피메일 커넥터(150b) 체결을 가능하게 한다.
광센서(300)는, 기판(310) 및 광센서 칩 다이(320)를 포함하며, 추가적으로 또는 선택적으로, 발광 다이오드(330)를 더 포함할 수 있다. 광센서 칩 다이(320)는, 조도 센서 칩 다이, 근접센서 칩 다이 또는 근접조도 센서 칩 다이일 수 있다. 발광 다이오드(330)는, 가시광, 근적외선, 또는 적외선 대역의 검출광을 조사할 수 있다. 근접센서 칩 다이 또는 근접조도 센서 칩 다이는, 물체에 반사된 검출광을 수신하여 임의의 물체가 전자장치에 접근하는지를 판단하는데 필요한 검출 신호를 생성할 수 있다. 광센서(300)는, 기판의 양면 중 칩 다이가 부착된 면이 노출구(153b)를 향하도록 하여, 피메일 커넥터(150b)에 결합된다.
도 6은 광센서 조립체의 센서 커넥터 제조 및 설치 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
센서 커넥터(150)는, 복수의 옵티컬 파이버(210)를 광센서(300)에 광학적으로 결합시킨다. 피메일 커넥터(150b)는, 전자장치(10) 내부의 기판(15)에 표면 실장되며, 광센서(300)는 피메일 커넥터(150b)에 결합된 상태로 기판(15)에 전기적으로 연결될 수 있다. 메일 커넥터(150a)는, 복수의 옵티컬 파이버(210)에 결합된 상태로 피메일 커넥터(150b) 내부로 삽입 체결됨으로써, 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)이 광센서(300)를 향하도록 한다. 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)을 통과한 빛은 광센서(300)를 향하며, 광센서(300)에서 생성된 빛은 타단(212)을 통해 옵티컬 파이버(210)로 전달된다.
광센서(300)는, 전기전도성 경로(313)가 인쇄된 기판(310') 또는 이를 절단하여 획득된 기판(310)에 광센서 칩 다이(320) 및/또는 발광 다이오드(330)를 전기적으로 결합하여 제조될 수 있다. 전기전도성 경로(313)는 기판(310')의 양면 중 어느 한면 또는 양면에 인쇄되며, 기판(310')을 관통하는 복수의 전기전도성 비아(314)에 연결될 수 있다. 전기전도성 경로(313)는, 광센서 칩 다이(320) 및/또는 발광 다이오드(330)가 부착될 위치 인근에 일단이 형성되며, 타단은 전기전도성 비아(314)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 전기전도성 경로(313)의 일단은, 광센서 칩 다이(320) 및/또는 발광 다이오드(330)의 컨택 패드와 와이어링에 의해 전기적으로 연결될 수 있는 위치에 있다.
광센서(300)의 기판(310)은, 복수의 전기전도성 비아(314)를 따라 기판(310')을 절단하여 제조된다. 복수의 전기전도성 비아(314)는 실질적으로 동일한 직선상에 정렬되도록 형성될 수 있다. 전기전도성 비아(314)는 내부의 적어도 일부, 예를 들어, 내측면에 전기전도성 물질, 예를 들어, 금속이 도금 또는 증착되어 있다. 전기전도성 비아(314)의 일부가 남아 있도록 절단하면, 절단된 비아(314)를 이용하여 광센서(300)를 전자장치(10) 기판(15)에 수직으로 결합시킬 수 있다.
광센서(300)는, 피메일 커넥터(150b)의 노출구(153b)에 결합되며, 이후 기판(15)에 부착된다. 기판(15)에는, 전기전도성 비아(314)에 대응하는 위치에 전기전도성 컨택이 배치되어 있다. 전기전도성 비아(314)는, 예를 들어, 솔더링에 의해 전기전도성 컨택에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)은 메일 커넥터(150a)의 삽입구(152a)에 삽입되어, 적어도 일부가 노출구(153a)를 통해 메일 커넥터(150a) 외부로 노출될 수 있다. 타단(212)이 노출된 옵티컬 파이버(210)는, 수직 방향으로 절단되어 복수의 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)은 실질적으로 동일한 평면상에 위치될 수 있다.
복수의 옵티컬 파이버(210)가 메일 커넥터(150a) 내부에 배치된 후 또는 노출된 옵티컬 파이버(210)를 수직 절단한 후, 복수의 옵티컬 파이버(210)를 고정시키기 위해서, 합성 수지, 예를 들어, 광경화성 에폭시 등을 개구(154a)를 통해 메일 커넥터(150a) 내부에 주입한다. 합성 수지를 경화시킨 후, 메일 커넥터(150a)를 피메일 커넥터(150b)에 삽입한다. 메일 커넥터(150a)의 체결 돌기(155a)가 피메일 커넥터(150b)의 체결 홈(155b)에 수용됨으로써, 광센서(300)와 복수의 옵티컬 파이버(210)가 광학적으로 결합될 수 있다.
도 7은 광센서 조립체의 센서 커넥터의 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
광센서(300)에 포함된 광센서 칩 다이(320)는, 옵티컬 파이버(210)에 전달된 빛을 검출하여 전기 신호를 생성하는 수광부(321) 및 수광부 주변에 형성된 회로를 포함한다. 유사하게, 발광 다이오드(330) 역시 빛을 생성하는 발광부 및 발광부 주변에 형성된 회로를 포함할 수 있다. 광센서 칩 다이(320)의 수광부(321)는, 전자장치(10) 내부로 입사한 주변광 및 반사된 검출광을 수광한다. 수광부(321)가 광센서 칩 다이(320)의 상면에서 차지하는 면적, 수광부(321)의 위치, 및/또는 수광부(321)-발광부간 거리에 따라 복수의 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)이 배치되는 위치가 달라질 수 있다. 이하에서는, 수광부(321)의 우측 영역이 반사된 검출광을 수광하고, 좌측 영역이 주변광을 수광하는 것으로 가정한다. 또한, 수직 정렬 구간(240)은 16개의 옵티컬 파이버(210)가 3열(5-6-5)로 적층된 것으로 가정한다.
도 7의 (a) 및 (b)은, 광센서 칩 다이용 노출구(153a1, 153a3)와 발광 다이오드용 노출구(153a2, 153a4)가 분리된 구조가 도시되어 있다. 여기서, 광센서 칩 다이용 노출구(153a1, 153a3)와 발광 다이오드용 노출구(153a2, 153a4)의 형상은 단지 예시일 뿐이며, 다양하게 변경 가능하다.
도 7의 (a)에서, 15개의 타단(212a, 212c)이 광센서 칩 다이용 노출구(153a1)에 배치되며, 1개의 타단(212b)이 발광 다이오드용 노출구(153a2)에 배치될 수 있다. 주변광이 나오는 타단(212a)은 광센서 칩 다이용 노출구(153a1)의 좌측에 배치되며, 반사된 검출광이 나오는 타단(212c)은 우측에 배치될 수 있다. 발광 다이오드(330)에 대응하는 위치에 배치된 타단(212b)는 검출광을 수광한다. 예를 들어, 타단(212b)을 가진 옵티컬 파이버(210)는, 중간열의 가장 좌측에 배치될 수 있으며, 타단(212c)을 가진 옵티컬 파이버(210)는 각 열의 가장 우측에 배치될 수 있다.
도 7의 (b)에서, 13개의 타단(212a, 212c)이 광센서 칩 다이용 노출구(153a3)에 배치되며, 3개의 타단(212b)이 발광 다이오드용 노출구(153a4)에 배치될 수 있다. 주변광이 나오는 타단(212a)은 광센서 칩 다이용 노출구(153a3)의 좌측에 배치되며, 반사된 검출광이 나오는 타단(212c)은 우측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 타단(212b)을 가진 옵티컬 파이버(210)는, 각 열의 가장 좌측에 배치될 수 있으며, 타단(212c)을 가진 옵티컬 파이버(210)는 각 열의 가장 우측에 배치될 수 있다.
도 8은 광센서 조립체의 센서 커넥터의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 광센서(300)의 광센서 칩 다이(320)와 발광 다이오드(330)는 광학적으로 분리될 수 있다. 도 8의 (a)는 메일 커넥터(150a)와 피메일 커넥터(150b)가 체결되면, 광센서 칩 다이(320)와 발광 다이오드(330)는 광학적으로 분리되는 구조가 예시되어 있으며, (b)는 메일 커넥터(150a)와 피메일 커넥터(150b)가 체결된 상태의 단면이 예시되어 있다. 분리벽(158b)는 피메일 커넥터(150b)의 노출구(153b)에 배치된다. 추가적으로, 분리벽 수용홈(158a)이 메일 커넥터(150a)의 정면에 형성될 수 있다. 분리벽 수용홈(158a)이 형성된 구조에서, 분리벽(158b)의 적어도 일부는 분리벽 수용홈(158a)에 수용될 수 있다. 분리벽(158b)의 높이 h1은, 광센서 칩 다이(320)와 발광 다이오드(330) 중 더 두꺼운 칩 다이의 두께보다 클 수 있다.
도 8의 (c)를 참조하면, 광센서 칩 다이(320)와 발광 다이오드(330)는 광학적으로 분리하는 분리벽(159a)은, 메일 커넥터(150a)의 정면에 형성될 수 있다. 분리벽(159a)의 높이 h2는, 메일 커넥터(150a)와 피메일 커넥터(150b)가 체결된 상태에서, 메일 커넥터(150a)의 정면과 광센서(300)의 기판(310) 사이 거리와 같거나 이보다 작을 수 있다.
도 9는 광센서의 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 4 내지 8에 도시된 광센서(300)와 비교할 때, 도 9에 도시된 광센서(300')는, 광센서 칩 다이(320) 상부에 형성된 렌즈(341)를 더 포함한다. 이하에서는, 광센서용 렌즈(341) 및 다이오드용 렌즈(342)가 동일한 공정에 의해 형성되는 것으로 설명한다. 하지만, 발광 다이오드(330)는, 컬리메이팅 렌즈를 포함한 상태로 기판(310)에 부착될 수 있으므로, 다이오드용 렌즈(342)가 반드시 형성되어야 하는 것은 아님을 이해할 수 있다.
도 9의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 광센서용 렌즈(341) 및 다이오드용 렌즈(342)가 광센서 칩 다이(320) 및 발광 다이오드(330) 상부에 각각 형성된다. 도 9의 (a)는 렌즈를 포함하는 광센서(300')가 예시되어 있으며, (b)는 메일 커넥터(150a)와 피메일 커넥터(150b)가 체결된 상태에서 광센서(300') 단면이 간략하게 예시되어 있다. 광센서용 렌즈(341)는, 타단(212)으로부터 나온 주변광 및 반사된 검출광의 수광 효율을 증가시키는 기능을 한다. 다이오드용 렌즈(342)는 발광 다이오드(330)가 생성한 검출광의 직진성을 향상시키는 기능을 한다. 광센서용 렌즈(341) 및 다이오드용 렌즈(342)는 광학적으로 투명한 렌즈 지지체(340)의 상면에 형성된다. 렌즈 지지체(340)는, 예를 들어, 광경화성 에폭시를 기판(310 또는 310')에 소정 두께로 적층하여 형성될 수 있다. 광센서용 렌즈(341) 및 다이오드용 렌즈(342)는 렌즈 몰드로 광경화성 에폭시를 눌러서 형성될 수 있다. 광센서용 렌즈(341) 및 다이오드용 렌즈(342)가 그 상면에 형성된 렌즈 지지체(340)는, 예를 들어, 자외선 등에 의해 광 경화될 수 있다. 광 차폐 하우징(350)는 경화된 렌즈 지지체(340)를 둘러싸도록 형성된다. 광 차폐 하우징(350)은, 광센서용 렌즈(341) 및 다이오드용 렌즈(342)를 노출시키기 위한 광센서 렌즈용 개구(351) 및 다이오드 렌즈용 개구(352)가 그 상면에 형성된다. 추가적으로, 광 차폐 하우징(350)은 광센서 칩 다이(320) 및 발광 다이오드(330)를 광학적으로 분리하는 분리벽(353)을 더 포함할 수 있다.
도 10은 플랫 커넥터의 일실시예를 예시적으로 도시한 도면으로 도 10의 (a)는 커버(110a)의 정면, 측면, 및 상면을 나타내고, (b)는 지지체(110b)의 정면, 측면, 및 상면을 나타낸다.
도 10의 (a)에서, 커버(110a)는, 상판(111a) 및 상판(111a)의 좌우측에서 하부를 향해 각각 연장된 측벽(113a)을 포함한다. 상판(111a)의 저면(112a)에는, 옵티컬 파이버(210)가 적어도 부분적으로 수용되는 복수의 반구형 홈이 형성될 수 있다. 커버(110a)와 지지체(110b) 사이에 배치된 복수의 옵티컬 파이버(210)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 개구(114a)는 상판(111a)에 형성된다. 복수의 옵티컬 파이버(210)를 고정시키기 위해서, 광경화성 에폭시 등이 개구(154a)를 통해 메일 커넥터(150a) 내부에 주입될 수 있다. 복수의 커버(110a)를 지지체(110b)에 고정시키기 위한 체결 돌기(115a)는 측벽(113a)에 형성될 수 있다.
도 10의 (b)에서, 지지체(110b)는, 하판(111b), 하판(111b)의 좌우측에서 결합되며 수평 방향으로 하판(111b)을 넘어서 연장된 상부 측벽(112b), 상부 측벽(112b)의 연장된 부분으로부터 하부를 향해 연장된 하부 측벽(113b), 하판(111b)으로부터 하부로 연장되며 하부 측벽(113b) 사이에 연결된 수직벽(114b)을 포함한다. 하판(111b)의 상부에는, 복수의 옵티컬 파이버(210)가 배치된다. 상부 측벽(112b)에는, 체결홈(115b)이 체결 돌기(115a)에 대응하는 위치에 형성된다. 커버(110a)는 대향하는 상부 측벽(112b) 사이로 삽입되어, 체결 돌기(115a)가 체결홈(115b)에 수용되면, 커버(110a)와 지지체(110b)가 체결된다. 상부 측벽(112b)의 연장된 부분에는, 미러(110c)를 삽입하기 위한 삽입홈(114b)이 형성될 수 있다.
도 11은 플랫 커넥터의 다양한 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
플랫 커넥터(110)는 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)이 배치되며, 전자장치(10) 내부로 입사된 빛을 수광하기 위해서, 예를 들어, 디스플레이 패널(13)과 프레임(11) 사이에 지지체(110b)의 적어도 일부가 배치된다. 하부 측벽(113b) 및 수직벽(114b)으로 정의된 공간(110d)은, 플랫 커넥터(110) 내부로 들어온 빛이 복수의 옵티컬 파이버(210)에 입사하기 위해 통과하는 광 경로를 제공한다. 공간(110d)을 통과하는 빛의 진행 방향과 옵티컬 파이버(210)의 길이 방향이 실질적으로 수직하기 때문에, 빛의 진행 방향을 변경하는 구조가 도 11의 (a), (b) 및 (c)에 예시되어 있다.
도 11의 (a)를 참조하면, 옵티컬 파이버(210)의 길이 방향 및 공간(110d)을 통과하는 빛의 진행 방향에 대해 약 45도로 경사지게 배치된 미러(110c)가 도시되어 있다. 미러(110c)는, 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)으로부터 나온 검출광(331)을 약 90도 굴절하여 공간(110d)을 향하게 한다. 한편, 미러(110c)는, 공간(110d)으로 들어온 반사된 검출광(332) 및 주변광(321)을 약 90도 굴절하여 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)을 향하게 한다. 여기서, 미러(110c)는 프리즘으로 대체될 수 있다.
도 11의 (b)를 참조하면, 옵티컬 파이버(210)의 일단(211')은 약 45도 경사지게 형성되며, 일단(211')은 커버(111a) 측을 향하도록 배치된다. 경사지게 형성된 일단(211')은, 옵티컬 파이버(210)와 공기간 계면으로서, 옵티컬 파이버(210)로부터 나오는 빛을 공간(110d)을 향하게 굴절시킨다. 한편, 일단(211')은, 공간(110d)으로 들어온 반사된 검출광(332) 및 주변광(321)을 굴절시켜 옵티컬 파이버(210) 내부로 입사시킨다.
도 11의 (c)를 참조하면, 수직 광 가이드(110e)가 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)에 광학적으로 결합될 수 있다. 수직 광 가이드(110e)의 일단은 약 45도 경사진 경사면(111e)이며, 경사면(111e)은 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)의 반대편을 향하도록 배치된다. 경사면(111e)은, 수직 광 가이드(110e)와 공기간 계면으로서, 빛을 굴절시켜 진행 방향을 변경할 수 있다. 옵티컬 파이버(210)로부터 나오는 검출광(331)은 광학적으로 결합된 옵티컬 파이버(210)와 수직 광 가이드(110e) 사이 계면을 통과한 후 경사면(111e)에 의해 굴절되어 수직 광 가이드(110d)의 타단을 향하게 된다. 한편, 수직 광 가이드(110e)의 타단으로 입사한 반사된 검출광(332) 및 주변광(321)은, 경사면(111e)에 의해 굴절되어 옵티컬 파이버(210)를 향하게 된다.
도 12는 광센서 조립체의 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이으로, 곡선화된 수평 정렬 구간을 갖는 광센서 조립체(100)를 도시하고 있다.
도 12의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 수평 정렬 구간(220)의 적어도 일부는 곡선화될 수 있다. 수평 정렬 구간(220)은, 제1 직선 구간(221), 곡선 구간(222), 및 제2 직선 구간(223)을 포함할 수 있다. 곡선 구간(222)은 제1 직선 구간(221)과 제2 직선 구간(222) 사이에 위치한다. 곡선 구간(222)은, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)이 커버 글라스(12)의 하면에 직접 광학적으로 결합될 수 있도록 하며, 제2 직선 구간(222)이 전자 장치(10)의 프레임(11)으로부터 거리 d만큼 이격되도록 한다. 곡선 구간(222)이 없더라도, 광센서 패키지(100)는, 복수의 옵티컬 파이버(210)의 일단(211)이 커버 글라스(12)의 하면에 직접 광학적으로 결합될 수 있다. 그 경우, 센서 커넉터(150)가 프레임(11)에 거의 붙을 정도로 가깝게 배치되어야 하므로, 전자장치(10)의 내부 구조 설계에 새로운 제약 요소가 될 수 있다. 따라서, 복수의 옵티컬 파이버(210)를 커버 글라스(12) 하면에 직접 결합시키면서 동시에 프레임(11)으로부터 적절한 이격 거리 d를 확보하기 위해서 곡선 구간(222)이 필요할 수 있다.
도 12의 (a)에서, 제1 직선 구간(221)과 제2 직선 구간(223)은 실질적으로 평행할 수 있다. 거리 d는 제1 직선 구간(221)과 제2 직선 구간(223)간 수평 이격 거리이며, 따라서, 센서 커넥터(150)는, 곡선 구간(222)에 의해 프레임(11)으로부터 이격되어 전자장치(10) 내부의 기판(15)에 배치될 수 있다.
한편, 도 12의 (b)에서, 제1 직선 구간(221)과 제2 직선 구간(223')은 실질적으로 수직할 수 있다. 센서 커넥터(150)는, 곡선 구간(222)에 의해 프레임(11)으로부터 적어도 거리 d 이상 이격되어 전자장치(10) 내부의 기판(15)에 배치될 수 있다.
도 13은 광센서 조립체의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면으로 도 12의 (a)에 도시된 구조에서, 센서 커넥터(150')는 옵티컬 파이버에 일체로 형성된다.
복수의 옵티컬 파이버(210)와 광센서(300)는 광학적으로 결합하여 일체화될 수 있다. 결합 부재(340')는, 광학적으로 투명한 소재, 예를 들어, 광경화성 에폭시를 소정 두께로 기판(310 또는 310') 상부에 적층하여 형성되며, 경화되면 옵티컬 파이버(210)의 타단을 고정한다. 옵티컬 파이버(210)의 적어도 일부는, 경화되지 않은 광경화성 에폭시에 삽입되며, 이후 자외선 등에 의해 경화되면, 결합 부재(340)')에 의해 광센서(300)와 일체화된다. 결합 부재(340')는, 옵티컬 파이버(210)의 타단(212)으로부터 나온 주변광 및/또는 반사된 검출광을 광센서 칩 다이(320)에 전달하며, 발광 다이오드(330)에서 나온 검출광을 타단(212)에 전달할 수 있다. 광 차폐 하우징(350)은, 경화된 결합 부재(340')를 둘러싸도록 형성된다. 추가적으로 광 차폐 하우징(350)은 광센서 칩 다이(320) 및 발광 다이오드(330)를 광학적으로 분리하는 분리벽(353)을 더 포함할 수 있다.
도 14는 광센서 조립체의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 도면이다.
복수의 옵티컬 파이버(210)는, 주변광을 광센서로 전달하는 수광용 옵티컬 파이버(210a), 반사된 검출광을 광센서(300)로 전달하는 수광용 옵티컬 파이버(210c) 및 검출광을 외부로 전달하는 발광용 옵티컬 파이버(210b)를 포함한다. 검출광과 반사된 검출광 사이에서 발생할 수 있는 간섭(crosstalk)을 감소 또는 방지하기 위해서, 수광용 옵티컬 파이버(210c)와 발광용 옵티컬 파이버(210b)는 소정 간격을 두고 배치될 수 있다. 일 실시예로, 도 14에 도시된 바와 같이, 수광용 옵티컬 파이버(210a, 210c)와 발광용 옵티컬 파이버(210b)는, 소정 거리 dc만큼 분리될 수 있다. 다른 실시예로, 도시되진 않았지만, 수광용 옵티컬 파이버(210c)와 발광용 옵티컬 파이버(210b)는, 둘 사이에 배치된 복수의 수광용 옵티컬 파이버(210a)에 의해 실질적으로 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 한편, 수광용 옵티컬 파이버(210a, 210c)와 발광용 옵티컬 파이버(210b)는, 열전도율이 낮은 물질로 형성된 단열 부재(120')에 의해 코팅될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 특히, 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 특징은, 특정 도면에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니며, 독립적으로 또는 다른 특징에 결합되어 구현될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 복수의 옵티컬 파이버-여기서, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단은 일 열로 배치되며, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단은 둘 이상의 열로 적층되어, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단에 의해 형성된 제1 면의 폭은 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 타단에 의해 형성된 제2 면의 폭보다 커서, 상기 제2면은 광센서 상면을 커버하는 단면적을 가짐;
    상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단을 내부에 수용하는 플랫 커넥터-여기서, 상기 플랫 커넥터는 상기 복수의 옵티컬 파이버의 길이 방향과 수직한 방향으로 도입되는 빛이 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단에 입사되는 광 경로를 제공하도록 수직하게 절곡된 형상으로 형성됨; 및
    상기 제2 면에 광학적으로 결합된 센서 커넥터를 포함하되,
    상기 복수의 옵티컬 파이버는 POF(Plastic optical fiber)이며,
    상기 옵티컬 파이버는 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단이 일 열로 배치된 수평 정렬 구간, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단이 둘 이상의 열로 배치된 수직 정렬 구간 및 상기 수평 정렬 구간과 상기 수직 정렬 구간을 연결하며, 상기 복수의 옵티컬 파이버가 구부러진 변형 구간을 포함하고,
    단열부재가 상기 수직 정렬 구간 내에서 상기 수직 정렬 구간의 길이보다 짧은 길이로 상기 복수의 옵티컬 파이버의 외주면을 감싸도록 고정되어, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단과 상기 타단에서 상기 옵티컬 파이버의 배열 형태가 불일치되도록 고정하며,
    상기 제2 면은 상기 옵티컬 파이버의 타단이 셋 이상의 열로 적층되어 형성되되, 적어도 어느 한 열에 적층된 타단의 개수는 나머지 열에 적층된 타단의 개수와 상이하고,
    둘레 경계를 형성하는 프레임과 전면 커버를 형성하는 투명한 커버 글래스에 의해 측면 경계와 전면 경계를 가지는 전자 장치에서, 상기 커버 글래스의 하부에 디스플레이 패널이 장착되고, 상기 커버 글래스의 하부에서 상기 프레임과 상기 디스플레이 패널 사이의 유격 공간에 상기 플랫 커넥터의 빛 도입측 단부가 위치되어 상기 디스플레이 패널의 측면과 하면의 일부를 감싸도록 절곡된 형상의 상기 플랫 커넥터가 배치되며, 상기 복수의 옵티컬 파이버와 상기 센서 커넥터는 각각 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되고,
    상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 제1 면은 상기 플랫 커넥터를 통해 상기 전자장치의 내부로 입사하는 빛을 수광하고, 상기 제1 면에서 수광된 빛은 상기 제2 면을 통해 상기 센서 커넥터에 전달되며,
    상기 센서 커넥터는 상기 제1 면으로부터 이격되어 상기 전자장치 내부에 배치되는 광센서 조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 면은 복수인 광센서 조립체.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 커버 글래스의 하부에서 상기 플랫 커넥터의 측면과 상기 디스플레이 패널의 측면 사이에는 차광 구조가 형성되는 광센서 조립체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 센서 커넥터는,
    상기 복수의 옵티컬 파이버의 타단이 내부로 삽입되어 고정되는 메일 커넥터;
    상기 메일 커넥터를 내부에 수용하는 피메일 커넥터; 및
    상기 메일 커넥터를 향하는 방향으로 상기 피메일 커넥터에 결합된 광센서를 포함하는 광센서 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 광센서는,
    복수의 절단된 비아가 측면에 배열된 기판;
    상기 기판의 상면에 배치되며, 상기 복수의 절단된 비아와 전기적으로 연결된 광센서 칩 다이; 및
    상기 기판의 상면에 상기 광센서 칩 다이로부터 이격되어 배치되며, 상기 복수의 절단된 비아에 전기적으로 연결된 발광 다이오드를 포함하는 광센서 조립체.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 피메일 커넥터는, 상기 광센서 칩 다이와 상기 발광 다이오드를 광학적으로 분리하는 분리벽을 더 포함하는 광센서 조립체.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 메일 커넥터는, 상기 광센서 칩 다이와 상기 발광 다이오드를 광학적으로 분리하는 분리벽을 더 포함하는 광센서 조립체.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 광센서는,
    상기 광센서 칩 다이의 상부에 배치된 광센서용 렌즈를 더 포함하는 광센서 조립체.
  13. 삭제
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 플랫 커넥터는,
    옵티컬 파이버의 적어도 일부를 수용하는 반구형 홈이 내부에 형성된 커버; 및
    상기 복수의 옵티컬 파이버가 배치되며 상기 커버에 체결되어 상기 복수의 옵티컬 파이버를 고정하는 지지체를 포함하는 광센서 조립체.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 옵티컬 파이버의 길이 방향과 수직한 방향으로 도입되는 빛이 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단에 입사되는 광 경로를 제공하도록 절곡된 형상으로 형성된 상기 플랫 커넥터의 절곡 영역에는 미러가 경사지게 배치되되,
    상기 미러는 상기 플랫 커넥터의 상기 빛 도입측 단부의 크기에 대응되는 각도로 경사지게 배치되는 광센서 조립체.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 옵티컬 파이버의 길이 방향과 수직한 방향으로 도입되는 빛이 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단에 입사되는 광 경로를 제공하도록, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 상기 일단은 도입된 빛의 진행 방향을 변경하는 반사면을 형성하도록 절단된 경사면을 가지는 광센서 조립체.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 옵티컬 파이버의 일단에 광학적으로 결합하도록 상기 광 경로에 배치되며, 결합 영역의 반대편은 경사면인 수직 광 가이드를 더 포함하는 광센서 조립체.
  18. 삭제
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 옵티컬 파이버는 검출광을 외부로 전달하는 발광용 옵티컬 파이버 및 외부로부터 입사된 반사된 검출광을 전달하는 수광용 옵티컬 파이버를 포함하며, 상기 발광용 옵티컬 파이버와 상기 수광용 옵티컬 파이버는 분리되어 배치되는 광센서 조립체.
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