KR20170109651A - 광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크를 포함하는 전자 디바이스 및 관련 방법 - Google Patents

광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크를 포함하는 전자 디바이스 및 관련 방법 Download PDF

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Abstract

전자 디바이스는 광학 이미지 센서 및 광학 이미지 센서 위에 핀 홀 어레이 마스크층을 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 또한 이격된 디스플레이 픽셀들을 포함하는, 핀 홀 어레이 마스크층 위의 디스플레이 층, 및 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는, 디스플레이 층 위의 투명 커버층을 포함할 수 있다.

Description

광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크를 포함하는 전자 디바이스 및 관련 방법
본 발명은 전자기기 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 광학 이미지 센서 분야에 관한 것이다.
지문 감지 및 매칭은 신뢰할 수 있어서 개인 식별 또는 검증에 널리 사용되는 기술이다. 특히, 지문 식별에 대한 일반적인 해결방법은 샘플 지문 또는 샘플 지문의 이미지를 스캔하는 단계 및 지문 이미지의 이미지 및/또는 고유 특성들을 저장하는 단계를 포함한다. 샘플 지문의 특성들은 이미 데이터베이스에 있는 참조 지문들에 대한 정보와 비교하여 검증 목적과 같은 개인의 적절한 식별을 결정할 수 있다.
지문 센서는 전자 디바이스, 더 구체적으로는, 예를 들어, 휴대용 디바이스에서의 검증 및/또는 인증에 특히 유리할 수 있다. 그와 같은 지문 센서는 휴대용 전자 디바이스의 하우징에 의해 운반될 수 있고, 예를 들어, 한 손가락으로부터 지문을 감지하는 크기일 수 있다.
예를 들어, 위에 언급된 바와 같이, 지문 센서가 전자 디바이스 또는 호스트 디바이스에 통합된 경우에, 특히 전자 디바이스 상의 다른 태스크 또는 애플리케이션을 수행하는 동안, 더 신속하게 인증을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 다시 말해서, 일부 경우들에서 사용자에게 별개의 인증 단계에서 인증을 수행하게 하는것, 예를 들어 인증을 수행하기 위하여 태스크들을 전환하는 것은 바람직하지 않을 수 있다.
전자 디바이스는 광학 이미지 센서 및 광학 이미지 센서 위에 핀 홀 어레이 마스크층을 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 또한 핀 홀 어레이 마스크층 위에 디스플레이 층을 포함할 수 있다. 디스플레이 층은 복수의 이격된 디스플레이 픽셀을 포함한다. 전자 디바이스는 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층을 추가로 포함할 수 있다.
전자 디바이스는 또한 예를 들어, 손가락이 투명 커버층에 인접할 때 손가락에 광을 지향시킬 수 있는 광원을 포함할 수 있다. 광학 이미지 센서, 핀 홀 어레이 마스크층, 및 손가락 배치면은 손가락 배치면에서 중첩 영역들을 정의하고, 광학 이미지 센서에서 이격 영역들을 정의하도록 구성될 수 있다.
핀 홀 어레이 마스크층은 각각의 크기가 5 내지 40 마이크로미터인 복수의 개구부를 가질 수 있다. 복수의 개구부는 서로, 예를 들어, 1 내지 3 밀리미터의 거리만큼 이격될 수 있다.
핀 홀 어레이 마스크층은 광학 이미지 센서로부터 100 내지 300 마이크로미터의 거리만큼 이격될 수 있다. 핀 홀 어레이 마스크층은 손가락 배치면으로부터, 예를 들어, 1500 내지 2000 마이크로미터의 거리만큼 이격될 수 있다.
핀 홀 어레이 마스크층은, 예를 들어, 크롬을 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 또한 광학 이미지 센서를 운반하는 가요성 회로 기판을 포함할 수 있다. 광학 이미지 센서는 집적회로(IC) 기판 및 IC 기판에 의해 운반되는 이미지 감지 회로부를 포함할 수 있다.
전자 디바이스는 또한 광학 이미지 센서와 핀 홀 어레이 마스크층 사이에 광학적으로 투명한 본체를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 추가로, 예를 들어, 광학 이미지 센서 위에 광학적으로 투명한 접착층을 포함할 수 있다.
광학 이미지 센서는, 예를 들어, 인증 기능, 위조(spoof) 검출 기능, 네비게이션 기능, 및 생체신호 측정 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 광학 이미지 센서는 손가락으로부터의 지문에 기초하여 인증 기능을 수행할 수 있다.
디스플레이 층은, 예를 들어, 터치 디스플레이 층을 포함할 수 있다. 핀 홀 어레이 마스크층은 그 안에 복수의 이격된 개구부를 가질 수 있고, 핀 홀 어레이 마스크층은 복수의 개구부 내에 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
방법 양태는 전자 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은 광학 이미지 센서 위에 핀 홀 어레이 마스크층을 위치설정하는 단계 및 핀 홀 어레이 마스크층 위에 디스플레이 층을 위치설정하는 단계를 포함한다. 디스플레이 층은 복수의 이격된 디스플레이 픽셀을 포함한다. 방법은 또한 디스플레이 층 위에, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층을 위치설정하는 단계를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이다.
도 2는 도 1의 전자 디바이스의 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 1의 전자 디바이스의 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 롤링 셔터 기술에 따라 광과 프레임에 대한 집광 라인 번호를 비교한 그래프들이다.
도 5는 글로벌 셔터 모드에 따라 광과 프레임에 대한 집광 라인 번호를 비교한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 1의 전자 디바이스의 광학 이미지 센서에 대한 추정 이미지 평면 해상도 및 객체 평면 해상도의 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1의 전자 디바이스의 광학 이미지 센서에 대한 점 확산 함수 형상으로 추정된 이미징 해상도의 그래프들이다.
도 8a 내지 도 8g는 도 2의 전자 디바이스의 핀 홀 어레이 마스크층 내의 개구부의 주어진 직경에 대하여 광학 이미지 센서의 해상도를 도시하는 모의 이미지들이다.
도 9는 도 1의 전자 디바이스의 광학 이미지 감지 원리들에 따라 이미지들을 생성하기 위한 원형 전자 디바이스(prototype electronic device)의 개략적인 단면도이다.
도 10a 내지 도 10h는 이미지 해상도를 도시하는, 도 9의 원형 전자 디바이스를 이용하여 캡처된 이미지들이다.
도 11a 내지 도 11h는 이미지 해상도를 도시하는, 도 9의 원형 전자 디바이스를 이용하는 모의 이미지들이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 9의 원형 전자 디바이스로부터의 중첩 객체 영역들의 별개의 서브이미지들의 예들이다.
도 13a 및 도 13b는 도 9의 원형 전자 디바이스로부터의 중첩 서브이미지들로부터 단일 이미지를 복원하는 것을 도시하는 캡쳐된 이미지들이다.
도 14는 전면 조명되는 원형 디바이스를 이용하여 상대적으로 낮은 각도에서 캡쳐된 이미지이다.
도 15a 내지 도 15d는 상이한 유색광을 사용하여 전면 조명되는 원형 디바이스를 이용하여 캡쳐된 이미지들이다.
도 16a 내지 도 16c는 상대적으로 높은 각도에서 전면 조명되는 원형 디바이스를 이용하여 캡쳐된 이미지들이다.
도 17a 내지 도 17c는 상대적으로 높은 각도에서 전면 조명되는 원형 디바이스를 이용하여 캡쳐된 이미지들이다.
도 18a 내지 도 18c는 상대적으로 높은 각도에서 전면 조명되는 원형 디바이스를 이용하여 캡쳐된 이미지들이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 일부분의 개략적인 단면도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 일부분의 확대된 개략적인 단면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 일부분의 확대된 개략적인 단면도이다.
이제, 발명의 바람직한 실시예들이 도시되는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 이루어질 수 있도록 제공되며, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달할 것이다. 동일 번호는 전체적으로 동일 요소들을 지칭하고, 프라임 표기를 이용하여 상이한 실시예들에서 동일 요소들을 지칭한다.
도 1 및 도 2를 처음 참조하면, 전자 디바이스(20)는 예시적으로 하우징, 예를 들어, 휴대용 하우징(21) 및 휴대용 하우징에 의해 운반되는 프로세서(22)를 포함한다. 전자 디바이스(20)는 예시적으로 모바일 무선 통신 디바이스, 예를 들어, 셀룰러 전화기이다. 전자 디바이스(20)는 다른 유형의 전자 디바이스, 예를 들어, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨터 등일 수 있다.
무선 송수신기(25)는 또한 하우징(21) 내에 운반되고 프로세서(22)에 결합된다. 무선 송수신기(25)는 프로세서(22)와 협력하여, 예를 들어, 음성 및/또는 데이터에 대해 적어도 하나의 무선 통신 기능을 수행한다. 일부 실시예들에서, 전자 디바이스(20)는 무선 송수신기(25) 또는 기타 무선 통신 회로부를 포함하지 않을 수 있다.
디스플레이(23)는 또한 휴대용 하우징(21)에 의해 운반되고 프로세서(22)에 결합된다. 디스플레이(23)는, 예를 들어, 발광 다이오드(LED) 디스플레이일 수 있고, 터치 디스플레이 특징부를 제공하는 추가적인 회로부를 가질 수 있고, 이는 통상의 기술자들이 이해하는 바와 같다. 디스플레이(23)의 더 상세한 사항들이 아래에 기재된다.
메모리(26)는 또한 프로세서(22)에 결합된다. 메모리(26)는, 예를 들어, 손가락 매칭 생체측정 템플릿 데이터를 저장하기 위한 것이다. 메모리(26)는 기타 또는 추가적인 유형들의 데이터를 저장할 수 있다.
통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 디스플레이(23)는 터치 디스플레이의 형태이고, 터치 디스플레이는 입력 디바이스와 디스플레이의 두가지 역할을 한다. 그와 같이, 디스플레이(23)는 프로세서(22)와 협력하여 입력에 응답하여 하나 이상의 디바이스 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디바이스 기능은 전자 디바이스(20)의 전원 켜기 또는 끄기, 무선 송수신기(25)를 통한 통신 개시하기, 및/또는 터치 디스플레이에 대한 입력에 기초하여 메뉴 기능 수행하기를 포함할 수 있다.
더 구체적으로는, 메뉴 기능에 관련하여, 프로세서(22)는 터치 디스플레이에 대한 입력 또는 누르기에 기초하여 이용가능한 애플리케이션들의 메뉴를 보여주기 위하여 디스플레이(23)를 변경할 수 있다. 물론, 다른 디바이스 기능들이 터치 디스플레이(23)에 대한 입력에 기초하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 푸시버튼 스위치(24)와 같은 기타 또는 추가적인 손가락 동작형 사용자 입력 디바이스들이 휴대용 하우징(21)에 의해 운반될 수 있으며, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같이 대안적으로 또는 추가적으로 디바이스 기능들에 사용될 수 있다.
이제 추가적으로 도 3을 참조하면, 예를 들어, 사용자의 손가락(40)의 지문 패턴의 이미지와 같은 사용자의 생체측정을 감지하기 위한 광학 이미지 센서(31)가 디스플레이(23) 아래에서 하우징(21)에 의해 운반된다. 더 구체적으로는, 광학 이미지 센서(31)는 집적회로(IC) 기판, 및 IC 기판에 의해 운반되는 이미지 감지 회로부를 포함한다. 광학 이미지 센서(31)는 볼 그리드 어레이(BGA) 컨택들(35)을 갖는 그리드 어레이 또는 기타 결합 기술들에 의해 회로 기판, 예를 들어, 가요성 기판(34)에 결합될 수 있다. 광학 이미지 센서(31)는 후방조명 센서 또는 배면 조명(BSI) 이미지 센서일 수 있고, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다.
전자 디바이스(20)는 선택적으로 광원(41)을 포함한다. 광원(41)은 사용자의 손가락(40)으로 광을 지향시켜, 광학 이미지 센서(31)를 향하여 광을 지향시킬 수 있다. 광원(41)은 하나 이상의 발광 다이오드(LED)일 수 있고/있거나 디스플레이 층(36)의 일부일 수 있다. 다시 말해서, 디스플레이 픽셀들(38)이 광원일 수 있거나 또는 별개의 또는 추가적인 광원이 있을 수 있다. 예를 들어, 디스플레이의 상이한 LED들은 광의 파장및 조명 각도에 대하여 역동적인 변경 및/또는 더 많은 유연성을 허용할 수 있다. 가시광원 또는 비가시광원(예컨대, 적외선(IR) 또는 자외선(UV)), 및/또는 다른 유형의 광원이 사용될 수 있거나, 또는 광원들의 조합이 사용될 수 있다. 그러나, IR 광은 다른 유색광, 예를 들어, 청색광에 비하여 사용자의 손가락(40) 내에 더 깊이 파고들 수 있다. 광원(41)이 광학 이미지 센서(31), 더 구체적으로는, 광학 이미지 센서의 신호 획득과 동기화되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 광원(41)은 광학 이미지 센서(31)와 협력하여 광학 이미지 센서가 롤링 셔터 모드와 글로벌 셔터 모드 중 하나 또는 둘 모두에서 동작하도록 할 수 있고, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다. 글로벌 셔터 모드는 배경 광 또는 간섭에 대한 허용 오차를 개선하고 전력 소모를 감소시킬 수 있으며, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다. 또한, 광학 이미지 센서(31)는 광원(41)의 스펙트럼에 대응할 수 있는 필터, 예를 들어, 협대역 스펙트럼 필터와 협력할 수 있다. 필터는 손가락 인식에 미치는 배경 영향을 감소시키거나 또는 배경에 대한 허용 오차를 증가시킬 수 있다. 필터는, 예를 들어, 광학 필터일 수 있다.
롤링 셔터 모드와 글로벌 셔터 모드에 대한 더 상세한 사항들이 이제 기술될 것이다. 전형적인 광학 이미지 센서는 일반적으로 롤링 셔터 모드에서 동작한다. 이 모드에서, 집광 시간은 각각의 센서 라인에 대하여 상이한 시간에 시작하고 종료한다. 그러한 동작은 능동 조명과 조합되면 비효율적일 수 있는데, 그 이유는 일반적으로 조명이 두 영역 중 하나의 영역에서 켜져야하기 때문이다.
도 4a의 그래프를 이제 참조하면, 제1 영역에서, 조명, 즉, 광원(41)은 제1 라인 집광의 시작부터 마지막 라인 집광의 종료시까지 켜져있다. 이 영역은 2가지 단점이 있다: 1) 집광 시간이 조명이 켜진 시간보다 짧아서, 조명 전력이 비효율적이 된다; 2) 각도 또는 파장을 변경하는 것처럼 연속적인 프레임들 사이에 조명 스위칭이 있는 경우, 제1 프레임이 종료할 때까지 다음 프레임 시작이 연기되어, 판독 시간보다 짧지 않은 대기 시간이 추가되어, 시간이 비효율적이 된다.
도 4b의 그래프를 이제 참조하면, 제2 영역에서, 조명은 마지막 라인 집광의 시작부터 제1 라인 집광의 종료시까지 켜져 있다. 이 영역은 2가지 단점이 있다: 1) 집광 시간이 조명이 켜지는 시간보다 길어서, 배경 광 간섭이 비효율적이 된다; 2) 조명 듀티 사이클이 상대적으로 짧아서 하이 피크 전력(high peak power) 동작이 되게 한다.
도 5의 그래프를 이제 참조하면, 따라서 글로벌 셔터 모드에서 광학 이미지 센서(31)를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 이 모드에서 집광 시간은 모든 센서 라인에 대해 동일한 시간에 시작하고 종료한다. 그러한 동작은 3가지 장점이 있다: 1) 조명이 켜지는 시간이 집광 시간과 동일하여 조명 전력의 사용이 효율적이 된다; 2) 전형적으로 각도 또는 파장을 변경하는 것과 같은 조명 스위칭의 경우에 프레임들 사이에 버리는 시간(dead time)을 둘 필요가 없다; 3) 조명 듀티 사이클이 최대여서, 하이 피크 전력 동작을 할 필요가 없다.
광학적으로 투명한 접착층(OCA)(42)이 광학 이미지 센서(31) 위에 있고, 더 구체적으로는, 광학 이미지 센서의 상부 표면에 의해 운반된다. 광학적으로 투명한 본체 또는 지지 부재(43)는 핀 홀 어레이 마스크층(50)으로부터 OCA 층(42)을 이격시킨다. 다시 말해서, 지지 부재(43)는 OCA 층(42)과 핀 홀 어레이 마스크층(50) 사이에 있다.
핀 홀 어레이 마스크층(50)은 광학 이미지 센서(31) 위에, 예를 들어, 광학 이미지 센서로부터 100 내지 300 마이크로미터의 거리만큼 이격되어 있다. 더 구체적으로는, 핀 홀 어레이 마스크층(50)은 예시적으로 지지 부재(43)의 상면 상에 운반된다. 핀 홀 어레이 마스크층(50)은 불투명 마스크이고 그 안에 광이 통과하도록 하는 복수의 개구부(51) 또는 핀 홀들을 가진다. 개구부들(51)은 균일하게 이격되거나 또는, 예를 들어, 벌집 패턴으로 이격될 수 있다. 개구부들(51)의 간격의 피치는, 예를 들어, 1 내지 3mm일 수 있고 더 구체적으로는, 약 1.5mm일 수 있다. 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 개구부들(51) 사이의 간격 또는 피치는 이미지 해상도에 영향을 미친다. 또한, 각각의 개구부(51)의 크기는, 예를 들어, 5 내지 40 마이크로미터일 수 있다. 물론, 각각의 개구부(51) 또는 핀 홀의 크기는 광학 이미지 센서(31)로부터 감지되는 이미지들에 영향을 미치며, 이는 아래에 더 상세하게 기재되는 바와 같다. 핀 홀 어레이 마스크층(50)은 불투명하고, 따라서 광이 투과하도록 허용하지 않는다. 핀 홀 어레이 마스크층(50)은 크롬, 예를 들어, 크롬 층을 포함하여 불투명성을 제공할 수 있다. 물론, 층 형태 또는 층 형태가 아닌 다른 재료들을 이용하여 불투명성을 제공할 수 있다.
디스플레이(23)의 일부인 디스플레이 층(36)이 핀 홀 어레이 마스크층(50) 위에 있다. 디스플레이 층(36)은 예시적으로 이미지들을 표시하기 위한 디스플레이 픽셀들(38) 및/또는 마이크로렌즈들의 어레이를 포함하고, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다. 특히, 디스플레이 층(36)은 발광 다이오드(LED) 디스플레이의 일부일 수 있다. LED 또는 디스플레이 픽셀들(38)은 광이 통과할 수 있도록 이격될 수 있고, 개구부들(51) 또는 핀 홀들과 정렬될 수 있다.
디스플레이 봉지층(44)이 디스플레이 층(36) 위에 있다. 다른 광학적으로 투명한 접착층(45)이 디스플레이 봉지층(44) 위에 있다. 예를 들어, 오닉스(onyx)를 포함하는 투명 커버층(46)이 디스플레이 층(36) 위에 있고 인접하는 사용자의 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의한다. 더 구체적으로는, 투명 커버층(46)은 광학적으로 투명한 접착층(45)에 의해 운반되고, 투명 커버층(46)의 상부 표면은 사용자의 손가락(40)을 수용하기 위한 손가락 배치면(47)을 정의한다. 손가락 배치면(47)은 핀 홀 어레이 마스크층(50)으로부터, 예를 들어, 1.5mm 내지 2mm(즉, 1500 내지 2000 마이크로미터)의 거리만큼 이격될 수 있다. 물론, 손가락 배치면(47)은 핀 홀 어레이 마스크층(50)으로부터, 예를 들어, 바람직한 이미지 특성들에 기초하여 다른 거리만큼 이격될 수 있다.
광학 이미지 센서(31)를 포함하는 예시적인 전자 디바이스(20)에서, 층들의 높이는 다음과 같을 수 있다: 가요성 기판(34)의 두께는 약 0.15mm일 수 있고, 광학 이미지 센서(31)는 약 0.1mm일 수 있고, 광학적으로 투명한 접착층(42)은 약 0.05mm일 수 있고, 지지 부재(43)는 약 0.2mm일 수 있고, 디스플레이 봉지층(44)은 약 0.1mm일 수 있고, 제2 광학적으로 투명한 접착층(45)은 약 0.15mm일 수 있고, 투명 커버층(46)은 약 1.5mm일 수 있다. 물론, 각각의 층 사이의 간격 및 크기는 상이할 수 있지만, 아래에 기재되는 바와 같이 광학 이미지 센서(31)와 핀 홀 어레이 마스크층(50) 사이의 간격이 상대적으로 작은 것이 바람직할 수 있다.
광학 이미지 센서(31), 핀 홀 어레이 마스크 어레이 층(50), 및 손가락 배치면(47)의 상대적인 간격 및 기하학적 구조는 손가락 배치면에서 중첩 영역들을 정의하고, 광학 이미지 센서에서 이격 영역들을 정의한다. 따라서, 핀 홀 어레이 마스크층(50)과 광학 이미지 센서(31) 사이의 간격은, 즉, 손가락 배치면(47)에서 감지된 이미지 중첩의 양을 결정한다. 더 큰 간격은 더 많은 이미지 중첩의 양에 대응하고, 이는 프로세싱에 있어서 바람직하지 않을 수 있다. 다시 말해서, 더 많이 중첩될수록, 이미지 구축이 연산적으로 더 힘들어질 수 있다. 대조적으로, 광학 이미지 센서(31)와 핀 홀 어레이 층(50) 사이의 거리가 더 작으면 현저한 중첩이 없어질 수 있고, 따라서, 이미지들은 더 용이하게 재구축될 수 있다.
광학 이미지 센서(31), 더 구체적으로는, 이미지 감지 회로부는 손가락 배치면(47)에 인접하게 배치된 사용자의 손가락(40) 또는 객체를 감지하고, 그것에 기초하여, 하나 이상의 생체측정 기능, 예를 들어, 사용자 인증(매칭 동작), 생체측정 등록 기능, 및/또는 위조 검출 기능을 수행할 수 있다. 게다가, 디스플레이(23)가 터치 디스플레이의 형태이면, 사용자가 터치 디스플레이를 접촉할 때, 예를 들어, 네비게이션 기능 또는 기타 터치 디스플레이 입력 시, 예를 들어, 손가락 매칭 및/또는 위조 검출을 위하여 사용자의 손가락(40)으로부터의 데이터가 광학 이미지 센서(31)에 의해 감지되거나 또는 획득되며, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다.
전자 디바이스(20)가 광학 이미지 센서(31)를 이용한 손가락 생체측정 감지에 관련됨에 따른 전자 디바이스(20)의 동작이 이제 기술될 것이다. 광원(41) 및/또는 디스플레이 픽셀들(38)로부터의 광이 객체, 예를 들어, 손가락 배치면(47)에 인접하거나 또는 투명 커버층(46) 상의 사용자의 손가락(40)에 기초하여 산란된다. 산란광이 디스플레이 층(36)의 핀 홀들 및/또는 마이크로렌즈들 및 핀 홀 어레이 마스크층(50)의 개구부들(51) 또는 핀 홀들을 통해 광학 이미지 센서(31)에 의해 캡처된다.
유리하게도, 디스플레이 층(36)은 멀티스펙트럼 및 멀티쉐도우 조명기이고 일반적으로 주변광에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 일부 실시예들에서, 디스플레이 층(36)은 위조 검출, 예를 들어, 임피던스 기반 위조 검출 및/또는 기타 광 기반 또는 전기장 기반 검출 기술들에 사용될 수 있고, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다.
좀 더 추가적으로, 광학 이미지 센서(31)의 다이는 미활용 영역들의 양이 상대적으로 많은데, 미활용 영역들은 다른 프로세싱, 예를 들어, 손가락 생체측정 또는 지문 프로세싱 및/또는 위조 검출, 예컨대 분광기에 할당될 수 있다.
핀 홀 어레이 마스크층(50)을 이미징 기술의 일부로서 사용함으로써 중첩 객체 영역들의 별개의 이미지들을 만들어낸다. 이미지의 쉐이딩 및 배율은 객체로부터 핀 홀 어레이 층(50) 및 광학 이미지 센서(31)까지 크기 및 거리에 대한 상이한 파라미터들을 조정함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 0.114의 배율은 높이 및 평균 굴절률 비에 기초하여 성취될 수 있다. 개구부 또는 핀 홀 이미지 쉐이딩은 cos4 함수에 의해 주어진다. 쉐이딩은 감지된 이미지들에 중첩 영역들이 있더라도 감지된 이미지들의 분리를 허용한다. 게다가, 쉐이딩은 단일 개구부(51) 또는 핀 홀에 의한 객체 영역 이미지들의 유효크기를 결정한다.
이미지 중첩에 관련하여, 64% 내지 100%의 신호 레벨을 이용하는 경우, ±26.5°의 시야각이 획득될 수 있다. 200 마이크로미터의 개구부(51) 또는 핀 홀 크기, 1750 마이크로미터의 객체 영역 크기, 및 1500 마이크로미터의 개구부들의 간격 또는 피치가 사용되는 경우, 객체는 이미지 영역들에 의해 완전히 커버될 수 있다. 20% 내지 100%의 신호 레벨을 사용함으로써, ±48°의 시야각이 획득될 수 있다. 200 마이크로미터의 개구부(51) 또는 핀 홀 크기, 1750 마이크로미터의 객체 영역 크기, 및 1500 마이크로미터의 핀 홀 개구부들의 간격 또는 피치가 사용되는 경우, 각각의 객체 영역은 동일한 캡처에서 상이한 각도들로부터 여러번 감지 또는 이미징된다. 중첩 정보를 사용하여 해상도 및 신호대잡음비(SNR)를 개선하고/하거나, 예를 들어, 3D 정보를 추출할 수 있다.
해상도에 관련하여, 핀 홀 어레이 층(50)의 사용은 약 15 마이크로미터의 이미지 해상도를 허용한다. 따라서, 상대적으로 넓은 범위의 픽셀 크기들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 약 120 마이크로미터의 객체 평면 해상도가 성취될 수 있다.
더 구체적으로는, 핀 홀 광학 시스템 해상도는 핀 홀 이미징 점 확산 함수(PSF)에 기초하여 결정될 수 있고, 핀 홀 이미징 점 확산 함수(PSF)는 기하학적 PSF와 회절 PSF의 콘볼루션이다. 둘 모두 축방향으로 대칭인 2D 함수이다. 기하학적 PSF는 각각의 개구부 또는 핀 홀의 유한한 크기를 이용하여 블러링을 정량화한다. 기하학적 PSF는 광학 이미지 센서(31)(이미지 공간 해상도의 경우) 또는 객체(객체 공간 해상도의 경우) 상으로의 핀 홀 원형 투영에 의해 주어진다. 회절 PSF는 작은 개구부들, 예를 들어, 원형 어퍼처에서의 광 회절로 인한 추가적인 블러링을 정량화하고, 이는 제1 베셀 함수(Bessel function)에 의해 주어진다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 그래프(60a, 60b)는 1750 마이크로미터의 객체-개구부 거리 및 200 마이크로미터의 광학 이미지 센서-개구부 거리에 기초한 개구부(51) 또는 핀 홀 크기의 그래프이다. 그래프(60a, 60b)는 각각 마이크로미터 단위의 이미지 평면 해상도(도 6a) 및 객체 평면 해상도(도 6b)에 대한 마이크로미터 단위의 각각의 개구부(51)의 직경을 나타낸다. 라인(61a, 61b)은 380nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(62a, 62b)은 460nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(63a, 63b)은 525nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(64a, 64b)은 630nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(65a, 65b)은 850nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(66a, 66b)은 940nm의 파장을 갖는 광에 대응한다. 가시광에 특히 적합할 수 있는 개구부들(51)의 크기는 9 마이크로미터이다.
추가적으로, 상대적으로 큰 핀 홀들 또는 개구부들(51)에서의 라인들의 PSF 폭 증가는 기하학적 해상도 도미넌트 영역이다. 상대적으로 더 작은 개구부들(51)에서의 빠른 PSF 폭 증가는 회절 도미넌트 영역이다. 두 효과를 조합하면 최고의 해상도를 위한 최적 핀 홀 크기로 고려될 수 있는 것을 만든다. 예를 들어, 신호대잡음비(SNR)를 위해 해상도를 절충하기 위하여 개구부들(51) 크기의 선택이 최적 결정된 해상도보다 다소 높은 것이 바람직할 수 있다.
도 7a 및 도 7b의 그래프(70a, 70b)를 이제 참조하면, 핀 홀 이미징 해상도가 도시된다. 도 7a의 그래프(70a)는 9 마이크로미터의 개구부(51) 또는 핀 홀 크기, 1750 마이크로미터의 객체-개구부 거리, 및 200 마이크로미터의 이미지 센서-개구부 거리에 대응하는 반면, 도 7b의 그래프(70b)는 15 마이크로미터의 개구부 또는 핀 홀 크기, 1750 마이크로미터의 객체-개구부 거리 및 200 마이크로미터의 이미지 센서-개구부 거리에 대응한다. 라인(71a, 71b)은 460nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(72a, 72b)은 525nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(73a, 73b)은 630nm의 파장을 갖는 광에 대응하고, 라인(74a, 74b)은 850nm의 파장을 갖는 광에 대응한다. 예시적으로, 9 마이크로미터의 개구부(51) 또는 핀 홀 직경의 경우에, 객체 평면 해상도(1/e)는 105 마이크로미터인 반면, 15 마이크로미터의 개구부(51) 또는 핀 홀 직경인 경우에, 객체 평면 해상도(1/e)는 155 마이크로미터이다. 그래프(70a)는 상대적으로 작은 핀 홀 크기, 회절 영역에 대응하고, 종 모양을 가지며, 따라서, 상대적으로 현저하게 파장 의존적이다. 그래프(70b)는 상대적으로 큰 핀 홀 크기, 대부분 기하학적 영역에 대응하고, 사각형 모양을 가지며, 따라서 거의 파장 의존적이지 않다.
또한 픽셀 블러링을 설명하는 것이 바람직하다. 픽셀 PSF는 픽셀화 PSF와 크로스토크 PSF의 콘볼루션이다. 픽셀화 PSF는 픽셀의 유한한 크기에 기인하고, 이는 2D 사각 싱크 함수에 의해 또는 슈퍼샘플링된 이미지를 통합함으로써 모델링될 수 있다.
크로스토크 PSF는, 예를 들어, 각도 및 파장으로 측정되는 픽셀 속성이다. 크로스토크 PSF는 입사각에 따라 달라지며, 더 구체적으로는, 이미지 중심에 대한 픽셀 설정위치에 따라 달라진다. 크로스토크 PSF는 전형적으로 크기상 1 픽셀의 수준이지만, 특히, 예를 들어, 근적외선(NIR) 광의 경우에 긴 범위의 꼬리를 가질 수 있다. 그러나, 픽셀 블러링은 일반적으로 광학 블러링에 비하여 상대적으로 현저하다고 예상되지 않는데, 그 이유는 픽셀 크기가 개구부들(51) 또는 핀 홀들의 크기보다 현저하게 작기 때문이다.
도 8a 내지 도 8g를 이제 참조하면, 예시적인 해상도를 도시하는 모의 이미지들이 도시된다. 이미지들은 녹색광, 15 마이크로미터의 개구부(51) 직경, 및 155 마이크로미터의 해상도에 대한 것이다. 도 8a는 125 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 4라인을 도시한다. 도 8b는 100 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 5라인을 도시한다. 도 8c는 83 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 6라인을 도시한다. 도 8d는 71 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 7라인을 도시한다. 도 8e는 63 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 8라인을 도시한다. 도 8f는 56 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 9라인을 도시하고, 도 8g는 50 마이크로미터의 라인 폭을 갖는 밀리미터 당 10라인을 도시한다. 155 마이크로미터의 1/e 해상도는 유리하게도 밀리미터 당 최대 약 7라인의 해상을 허용하고, 이는, 예를 들어, 콘트라스트 저하 제한에 따라 달라질 수 있다.
쉐이딩에 관련하여, 쉐이딩은 광학 쉐이딩 및 픽셀 쉐이딩 둘 모두를 포함한다. 광학 쉐이딩은 "코사인-4차" 기하학적 요소에 의해 근사화될 수 있다. 광은 광학 이미지 센서(31)에서 핀 홀 평면의 굴절률 비에 따라 달라지는 각도에서 수신된다. 픽셀 쉐이딩은 측정되고 기하학적 효과 이외에 단지 여분의 코사인 요소인 것으로 예상된다.
신호대잡음비(SNR) 및 집광 시간에 관련하여, 각각의 개구부(51) 또는 핀 홀의 크기는 해상도-SNR 절충을 진행한다. 신호 레벨은 핀 홀 평면 조도(irradiance), 개구부(51) 또는 핀 홀 크기, 픽셀 감도, 집광 시간, 및 쉐이딩에 기초한다. 주어진 광학 이미지 센서에 대한 잡음 레벨은, 예를 들어, 판독 잡음, 사진응답불균일성(PRNU), 및 고정 패턴 잡음(FPN)과 같은 픽셀 속성들을 포함하는 일정한 파라미터들을 갖는 신호의 함수일 수 있다.
예를 들어, 9 마이크로미터의 해상도 최적의 개구부 직경의 경우, F수는 22.2이다. 15 마이크로미터의 개구부 직경에, 센서 거리가 200 마이크로미터인 경우, F수는 13.3이다(약 1.5x의 해상도 손실, 및 약 2.8x의 동일한 SNR에 대하여 집광 시간 감소). 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 이미지 중심 신호는 다음과 같이 주어진다:
신호 = 휘도[cd/m2] * π * 반사율 * 투과율 /
(4F2) * 감도[e/lx-s] * tau[s]
약 520 cd/m2의 전형적인 디스플레이 휘도, 약 70%의 반사율, F/13.3, 픽셀 피치 6 마이크로미터, 100ms의 집광 시간의 경우, 생성 신호는 약 140e일 수 있고, 약 11의 SNR을 갖는다. 이 SNR은 상대적으로 낮게 생각될 수 있어서, 이미지 변조는 운용가능 콘트라스트에 대하여 약 10%인 것이 바람직할 수 있다. SNR 증가 또는 집광 시간 감소를 위하여 더 큰 유효 픽셀 피치, 즉, 예를 들어 비닝을 통한 픽셀들 사이의 간격이 고려될 수 있다.
이미지 왜곡에 관련하여, 어안(fisheye) 효과 또는 역 어안(inverse-fisheye) 효과에 기초한 이미지 왜곡이 생성될 수 있다. 이미지 왜곡은 객체 계면 매개체와 광학 이미지 센서(31) 사이의 굴절률의 차이로 인한 것일 수 있고, 예를 들어, 사인 비율 회절 함수(sine ratio refraction function)에 의해 모델링된다. 핀 홀 이미징 자체는 현저한 왜곡을 일으키지 않으므로, 각도 탄젠트를 상대적으로 일정하게 유지한다. 왜곡은 더 가까이 매칭되는, 예를 들어 거의 동일한 굴절률을 갖는 재료를 이용함으로써 감소될 수 있다. 왜곡은 개별적인 이미지들을 서로 짜깁기 전에 이미지 프로세싱에 의해 교정될 수 있으며, 이는 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같다.
도 9를 이제 참조하면, 위에서 기재한 원리들에 따라 원형 전자 디바이스(200)를 사용하여 이미지들을 생성하였다. 더 구체적으로는, 1.5의 굴절률 및 1500 마이크로미터의 두께를 갖는 후방 유리(202)에 의해 운반되는 약 12 마이크로미터의 두께를 갖는 크롬 마스크(201)를 이용하여 감지될 객체를 시뮬레이션하였다. 객체를 시뮬레이션하는 크롬 마스크(201)는 2인치 x 2인치 크기를 갖는 Thorlabs R2L2S1P 포지티브 분해능 타겟, 소다 석회 유리 기판(soda lime glass substrate)(후방 유리) 및 크롬 패턴이었다.
확산 광원(203)을 크롬 마스크(201) 위에 위치설정하였다. 확산 광원(203)은 2 인치 위에서 확산기를 균일하게 조명하는 다중 청색 발광 다이오드(LED)를 포함하였다. 중심 파장은 약 450nm이었다. 광원(203)은 청색 LED로 제한되었는데, 그 이유는 더 높은 파장에서의 크롬 마스크의 잔여 투과가 콘트라스트 감소를 야기하기 때문이다.
핀 홀 어레이 마스크층도 또한 약 1.5의 굴절률 및 약 1500 마이크로미터의 두께를 갖는 후방 유리(205)에 의해 운반됨에 따라, 크롬 마스크(201)는 핀 홀 어레이 마스크층(204)으로부터 약 1500 마이크로미터만큼 이격되었다. 핀 홀 어레이 마스크층(204)의 두께는 약 12 마이크로미터이고, 핀 홀 어레이 마스크층 내의 단일 개구부(206)의 직경은 12 마이크로미터이었다.
광학 이미지 센서(207)는 핀 홀 어레이 마스크층(204) 아래에 있고 그것으로부터 약 750 마이크로미터만큼 이격되어, 연관된 굴절률이 약 1.3이었다. 750 마이크로미터 간격은 150 마이크로미터 에어 갭(208), 300 마이크로미터의 두께 및 1.5의 굴절률을 갖는 커버 유리층(209), 및 300 마이크로미터의 두께를 갖는 제2 에어 갭(210)을 포함하였다. 예상되는 객체 평면 해상도는 38 마이크로미터이었다(PSF - 1/e 직경; 최소 해상 라인 쌍 폭과 같음).
도 10a 내지 도 10h 및 도 11a 내지 도 11h의 이미지들을 추가적으로 참조하여, 원형을 이용하여 이미지들을 생성하고, 이것들을 각각 모의 이미지들과 비교하였다. 도 10a 내지 도 10h는 각각 밀리미터 당 18, 16, 14, 12.5, 11, 10, 9, 및 8라인에 대한 캡처 또는 생성된 이미지들에 해당한다. 도 11a 내지 도 11h는 각각 밀리미터 당 18, 16, 14, 12.5, 11, 10, 9, 및 8라인에 대한 모의 이미지들에 해당한다. 주의할 점은 밀리미터 당 18라인이 여전히 해상되지만, 도시되는 바와 같이, 콘트라스트는 상대적으로 낮다는 점이다(28 마이크로미터의 라인 폭). 구체적으로 도 10e 내지 도 10h를 참조하면, 시각적 왜곡은 핀 홀 또는 개구부(51) 상의 굴절률 계단에 대한 "역 어안" 효과에 기인한다.
도 12a 내지 도 12c를 이제 참조하면, 중첩 객체 영역들의 별개의 서브이미지들의 예시적인 이미지들이 도시된다. 이 도면들의 캡쳐된 이미지는 12 마이크로미터 직경을 갖는 5x5 핀 홀 어레이 층으로부터 1000 마이크로미터 간격을 두고 촬영되었다. 도 13a 및 도 13b는 중첩 서브이미지들, 예를 들어, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 것들로부터 단일 이미지를 복원하는 것을 도시한다.
손가락 융선(finger ridge) 이미징에 관련하여, 콘트라스트가 일반적으로 각도 및 파장에 크게 좌우됨을 보여주는 전면 조명되는 원형 디바이스를 이용하여 추가적인 시험을 수행하였다. 더 구체적으로는, 전면 조명되는 원형 디바이스에 대하여 광원을 이미지 센서에 인접하게 측방향으로 위치설정하였고 상이한 각도의 광으로 측방향으로 조정되었다. 위의 원형에서 기술한 것과 동일한 크롬 마스크를 이용하여 감지될 객체를 시뮬레이션하였다. 도 14의 이미지를 이제 참조하며, 예를 들어, 광원 각도가 수직에 가까우면, 550nm에서의 융선 이미지 콘트라스트는 상대적으로 낮다.
도 15a 내지 도 15d를 이제 참조하면, 청색광(450nm, 도 15a) 또는 녹색광(550nm, 도 15b)을 이용한 경우의 콘트라스트는 예시적으로 적색광(650nm, 도 15c) 또는 적외선 light(940nm, 도 15d)를 이용한 경우보다 낫다. 도 16a 내지 도 16c는 상대적으로 높은 각도에서 각각 550nm, 850nm, 및 940nm에서 캡쳐된 이미지들이다. 도 17a 내지 도 17c 및 도 18a 내지 도 18c는 상대적으로 높은 각도에서 각각 550nm, 850nm, 및 940nm에서 추가적으로 캡쳐된 이미지들이다. 예시적으로, 높은 각도에서 콘트라스트가 현저하게 개선되지만, 적외선 파장에서는 여전히 낮다. 융선 밀도는 밀리미터 당 약 3라인이다.
전자 디바이스(20)는 본 명세서에서 모바일 무선 통신 디바이스의 형태인 것으로 기술되었지만, 통상의 기술자들에 의해 전자 디바이스는 단독형 광학 이미지 감지 디바이스(즉, 손가락 생체측정 감지 또는 지문 감지 디바이스)의 형태일 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 광학 이미지 센서(31)는 주로 생체측정 인증에 사용되는 것으로 기술되었지만, 광학 이미지 센서, 더 구체적으로는, 이미지 감지 회로부는 생체측정 인증 기능, 위조 검출 기능, 및 생체신호 측정 기능 중 임의의 또는 모든 기능을 수행할 수 있음이 이해된다. 특히, 핀 홀 어레이 마스크층(50)을 이용한 쉐도잉의 감지된 3D 기하학적 구조, 이미징의 멀티스펙트럼 특성, 및/또는 살아있는 손가락의 기타 특성들이, 예를 들어, 생체측정 인증에 이용될 수 있다. 광학 이미지 센서(31)는 또한, 예를 들어, 심박수 또는 맥박수(혈압을 결정하는 데 이용될 수 있음), 및/또는 맥박 또는 혈액 산소측정과 같은 다른 생체측정 특징들의 감지를 수행할 수 있고, 상이한 파장에서의 감지 이미지들의 능력에 기초할 수 있다. 통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 심박수를 검출하기 위하여, 녹색광 및 IR 광의 조합을 이용할 수 있고, 혈액 산소 레벨을 검출하기 위하여, 적색광 및 IR 광의 조합을 이용할 수 있다.
더 추가적으로, 광학 이미지 센서(31)를 개구부들(51)과 조합하여 이용하여 주변광 감지 모드에서 동작시킬 수 있는데, 이는, 예를 들어, 웨어러블 전자 디바이스들에서 상대적으로 바람직할 수 있다. 더 구체적으로는, 예를 들어, 전체 핀 홀 어레이 마스크층(50) 및 광학 이미지 센서(31)의 전체 픽셀 어레이를 이용함으로써, 광 수용의 각도가 상대적으로 높게 만들어질 수 있고, 이는 일반적으로 주변광 감지 동작에 바람직하다.
주변광 감지 모드의 동작의 더 상세한 사항들이 이제 기술될 것이다. 모든 픽셀들이 단일 출력으로 조합되어, 극소 전력 소모 판독 회로부를 이용하여 판독될 수 있다. 이어서 핀 홀 어레이 마스크층(50)과 조합한 광학 이미지 센서(31)는 매우 넓은 시야(FOV), 예를 들어, 최대 180도에서 광을 집광할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 카메라는 상대적으로 좁은 FOV, 전형적으로 60 내지 70 도 사이에서 광을 감지하는데, 이는 주변광 감지 모드에서 동작하기에 너무 작을 수 있다. 광학 이미지 센서(31)와 조합하는 핀 홀 어레이 마스크층(50)에 대하여 매우 큰, 예를 들어, 최대 180도 FOV를 갖게 함으로써, 예를 들어, 전형적인 카메라에 비하여 상대적으로 큰 장점을 제공할 수 있다.
핀 홀 어레이 마스크층(50), 또는 심지어 핀홀 이미징 기술의 사용은 광각 광 감지를 제공하는데, 그 이유는 핀홀 또는 개구부들(51)이 광학 이미지 센서(31)에 상대적으로 가깝게 위치하기 때문이다. 따라서 유효 초점 거리는 광학 이미지 센서(31)의 크기보다 현저하게 짧다. 픽셀들이 단일 출력으로 조합되면, 개구부들(51)에 진입하는 거의 모든 광에 민감할 수 있다. 이는, 예를 들어, 배향 의존성 감소로 인해 전형적인 센서보다 안정성 이익을 가질 수 있는 상대적 저전력 주변광 감지 모드를 허용한다.
도 19를 이제 참조하면, 전자 디바이스(20')의 일부분이 예시적인 집적 설계를 도시한다. 기판(34')은 베이스(39')로부터 이격되어 있다. 수동 소자들(49')이 기판(34')의 하부 표면에 의해 운반된다. 광학 이미지 센서(31')는 기판(34')의 상부 표면에 의해 운반된다. 본드 와이어(57')는 광학 이미지 감지 회로부를 기판(34')에 의해 운반되는 회로부에 결합시킨다. 인클로저(58')는 광학 이미지 센서(31') 둘레에서 기판(34')으로부터 위로 연장된다. 투명 유리층(59')은 인클로저에 의해 운반되고, 두께는, 예를 들어, 0.5mm이다. 핀 홀 어레이 마스크층(50')은 투명층(59'), 예를 들어, 유리층의 하부 표면에 의해 운반된다. 인클로저(58')는 핀 홀 어레이 마스크층(50') 및 투명 유리층(59')을 광학 이미지 센서(31')로부터, 예를 들어, 150 마이크로미터의 거리만큼 이격시켜, 그 사이에 에어 갭을 정의한다. 광흡수 접착제(92'), 예를 들어, 에폭시는 투명 유리층(59') 및 핀 홀 어레이 마스크층(50')을 인클로저(57')에 고정시킬 수 있다.
도 20을 이제 참조하면, 도 19에 도시된 소자들 및 구성요소들이 예시적인 전자 디바이스(20')에 포함되어 있다. 인쇄회로기판(PCB)(81')은 기판(34'), 더 구체적으로는, 수동 소자들(49')에 인접한 기판의 하부 표면에 결합된다. 이격된 디스플레이 픽셀들(38')을 포함하는 디스플레이 층(36')은 기판(34')의 상부 표면에 의해 운반되어, 인클로저(58')에 측방향으로 인접하거나 또는 그것을 둘러싼다. 디스플레이 층(36')은 기판(34')으로부터 떨어져 운반되는 디스플레이 제어회로부(82')에 결합될 수 있다. 투명 커버층(46')이 투명층(59') 위에 있다. 투명 커버층(46')은, 예를 들어, 접착제를 이용하여 투명층(59')에 고정될 수 있다. 투명 커버층(46')은, 예를 들어, 유리 또는 오닉스일 수 있거나 또는 다른 재료일 수 있다.
방법 양태는 전자 디바이스(20)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은 광학 이미지 센서(31) 위에 핀 홀 어레이 마스크층(50)을 위치설정하는 단계, 및 핀 홀 어레이 마스크층 위에 디스플레이 층(36)을 위치설정하는 단계를 포함한다. 디스플레이 층(36)은 이격된 디스플레이 픽셀들(38)을 포함한다. 방법은 또한 디스플레이 층(36) 위에, 인접하는 사용자의 손가락(40)을 수용할 수 있는 손가락 배치면(47)을 정의하는 투명 커버층(46)을 위치설정하는 단계를 포함한다.
다른 방법 양태는 광학 이미지를 감지하는 방법에 관한 것이다. 방법은 광학 이미지 센서(31)를 이용하여 투명 커버층(46)의 의해 정의되는 손가락 배치면(47)에 인접한 사용자의 손가락(40)으로부터 반사되어, 투명 커버층을 통과하고, 광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크층(50)을 통과하고, 핀 홀 어레이 마스크층 위의 디스플레이 층(36)을 통과하는 광을 감지하는 단계를 포함하고, 디스플레이 층은 이격된 디스플레이 픽셀들(38)을 포함한다.
도 21을 이제 참조하면, 다른 실시예에서, 개구부들(51'')을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층(50'')은 광학 이미지 센서(31'')와 디스플레이 층(36'') 사이에 있지 않을 수 있고, 대신, 디스플레이 층에 의해 운반되거나 그것에 통합될 수 있다. 예시적으로, 디스플레이 층(36'')은 이미지들을 표시하기 위한 이격된 디스플레이 픽셀들(38'') 및/또는 마이크로렌즈들의 어레이를 포함하며, 이것들은 광이 통과할 수 있도록 이격된다. 광이 통과할 수 있는 디스플레이 픽셀들(38'') 사이의 간격은 개구부들(51'')을 정의한다. 이는 이격된 디스플레이 픽셀들(36) 사이의 간격이 핀 홀 어레이 마스크층(50) 내에 있는 개구부들(51) 또는 핀 홀들과 정렬될 수 있는 실시예들과 대조적이다. 방법 양태들은 관련 전자 디바이스를 제조하는 방법 및 전자 디바이스를 이용하여 손가락을 사용하거나 또는 감지하는 방법에 관한 것이다.
도 22를 이제 참조하면, 또 다른 실시예에서, 핀 홀 어레이 마스크층(50''')은 개구부들(51''') 내에 렌즈들(91''')을 포함한다. 렌즈들(91''') 각각의 직경은, 예를 들어, 약 40 내지 100 마이크로미터일 수 있다. 렌즈들(91''')은 유리하게도 화질 및 SNR을 개선할 수 있으며, 따라서 조명을 위한 광학 전력 및 전체적인 총 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 이는 구체적으로 모바일 또는 휴대용 디바이스에 사용될 때 유리할 수 있다. 렌즈들은 대안적으로 또는 추가적으로 디스플레이 층(36''')에 포함될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같이 디바이스에 의해 수집된 생체측정 데이터의 이점은 패스워드를 사용하지 않고 디바이스 특징부에 편리하게 액세스하는 것이다. 다른 예들에서, 사용자 생체측정 데이터를 수집하여 사용자들의 건강 또는 피트니스 레벨에 관한 피드백을 사용자들에게 제공한다. 본 개시내용은 그와 같은 디바이스의 사용자에 유익한, 생체측정 데이터를 포함하는 개인정보 데이터에 대한 다른 사용을 추가로 고려한다.
본 발명의 실행은 개인정보를 포함하는 사용자 데이터의 수집, 전달, 저장 또는 분석이 설정된 프라이버시 정책 및 관행을 준수할 것을 요구한다. 특히, 그러한 개체들은 개인정보 데이터를 사적이고 안전하게 유지하기 위한 산업적 또는 행정적 요건들을 충족하거나 초과하는 것으로서 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책 및 관행들을 구현하고, 지속적으로 이용해야 하며, 이는 산업적 또는 행정적 표준을 충족하거나 또는 초과하는 데이터 암호화 및 보안 방법들의 사용을 포함한다. 사용자로부터의 개인정보는 적법하고 합리적인 사용을 벗어나 공유되거나 또는 판매되어서는 안된다. 또한, 그러한 수집은 단지 사용자들의 고지에 입각한 동의를 수신한 후에만 발생해야 한다. 부가적으로, 그러한 엔티티들은 그러한 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 보호하고 안전하게 하며 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 갖는 다른 사람들이 그들의 프라이버시 정책들 및 절차들을 고수한다는 것을 보장하기 위한 임의의 필요한 단계들을 취할 것이다. 게다가, 그러한 엔티티들은 널리 인정된 프라이버시 정책들 및 관례들에 대한 그들의 고수를 증명하기 위해 제3자들에 의해 그들 자신들이 평가를 받을 수 있다.
본 개시내용은 또한 생체측정 데이터를 포함하는 개인정보 데이터에 대한 액세스 또는 사용을 선택적으로 차단하는 것을 고려한다. 본 명세서에 개시된 하드웨어 및/또는 소프트웨어 요소는 그러한 개인정보 데이터에 액세스하는 것을 방지 또는 차단하도록 구성될 수 있다. 사용자들이 패스워드, 개인 식별 번호(PINS), 터치 제스처와 같은 보안 정보, 또는 기타 인증 방법들을 단독으로 또는 조합하여 제공함으로써 생체측정 인증 단계들을 생략하도록 선택적으로 허용하는 것은 통상의 기술자들에게 잘 알려져 있다. 사용자들은 추가로 사용자의 개인 건강 또는 피트니스 데이터를 수집하는 특정 건강관련 애플리케이션을 제거, 디스에이블, 또는 그것에 대한 액세스를 제한하도록 선택할 수 있다.
전술한 설명 및 관련 도면들에 제시된 교시의 혜택으로 인해 당업자에게 본 발명의 많은 변형들 및 다른 실시예들에 대해 생각이 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예들에 한정되지 않으며, 변형들 및 실시예들은 첨부되는 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도됨이 이해된다.

Claims (33)

  1. 전자 디바이스로서,
    광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크층;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 위의, 복수의 이격된 디스플레이 픽셀을 포함하는 디스플레이 층; 및
    상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층
    을 포함하는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 손가락이 상기 투명 커버층에 인접할 때 상기 손가락에 광을 지향시킬 수 있는 광원을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광원은 가시광원, 적외선광원, 및 자외선광원 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서, 핀 홀 어레이 마스크층, 및 손가락 배치면은 상기 손가락 배치면에서 중첩 영역들을 정의하고, 상기 광학 이미지 센서에서 이격 영역들을 정의하도록 구성된, 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 각각의 크기가 5 내지 40 마이크로미터인 복수의 개구부를 갖는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 1 내지 3 밀리미터의 거리만큼 서로 이격된 복수의 개구부를 갖는, 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 100 내지 300 마이크로미터의 거리만큼 상기 광학 이미지 센서로부터 이격된, 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 1500 내지 2000 마이크로미터의 거리만큼 상기 손가락 배치면으로부터 이격된, 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 크롬을 포함하는, 전자 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서를 운반하는 가요성 회로 기판을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서와 상기 핀 홀 어레이 마스크층 사이의 광학적으로 투명한 본체를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서 위의 광학적으로 투명한 접착층을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서는 인증 기능, 위조 검출(spoof detection) 기능, 네비게이션 기능, 및 생체신호 측정 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있는, 전자 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서는 주변광 측정을 수행할 수 있는, 전자 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서는 상기 손가락으로부터의 지문에 기초하여 인증 기능을 수행할 수 있는, 전자 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 층은 터치 디스플레이 층을 포함하는, 전자 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 그 안에 복수의 이격된 개구부를 갖고, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 상기 복수의 개구부 내에 복수의 렌즈를 포함하는, 전자 디바이스.
  18. 전자 디바이스로서,
    광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 위의 디스플레이 층 - 상기 디스플레이 층은 복수의 이격된 디스플레이 픽셀을 포함하고 그 사이에 복수의 핀 홀을 가짐 -; 및
    상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층
    을 포함하는, 전자 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 손가락이 상기 투명 커버층에 인접할 때 상기 손가락에 광을 지향시킬 수 있는 광원을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광원은 가시광원, 적외선광원, 및 자외선광원 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 디바이스.
  21. 제18항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서, 상기 복수의 핀 홀, 및 손가락 배치면은 상기 손가락 배치면에서 중첩 영역들을 정의하고, 상기 광학 이미지 센서에서 이격 영역들을 정의하도록 구성된, 전자 디바이스.
  22. 제18항에 있어서, 상기 복수의 핀 홀 각각은 크기가 5 내지 40 마이크로미터인, 전자 디바이스.
  23. 제18항에 있어서, 상기 복수의 핀 홀은 1 내지 3 밀리미터의 거리만큼 서로 이격된, 전자 디바이스.
  24. 제18항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서 위의 광학적으로 투명한 접착층을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  25. 제18항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서는 인증 기능, 위조 검출 기능, 및 생체신호 측정 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있는, 전자 디바이스.
  26. 전자 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    광학 이미지 센서 위에 핀 홀 어레이 마스크층을 위치설정하는 단계;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 디스플레이 층을 위치설정하는 단계 - 상기 디스플레이 층은 복수의 이격된 디스플레이 픽셀을 포함함 -; 및
    상기 디스플레이 층 위에, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층을 위치설정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 손가락이 상기 투명 커버층에 인접할 때 상기 손가락에 광을 지향시킬 수 있는 광원을 위치설정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 광원은 가시광원, 적외선광원, 및 자외선광원 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 광학 이미지 센서, 핀 홀 어레이 마스크층, 및 손가락 배치면은 상기 손가락 배치면에서 중첩 영역들을 정의하고, 상기 광학 이미지 센서에서 이격 영역들을 정의하도록 위치설정된, 방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 각각의 크기가 5 내지 40 마이크로미터인 복수의 개구부를 갖는, 방법.
  31. 제26항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 1 내지 3 밀리미터의 거리만큼 서로 이격된 복수의 개구부를 갖는, 방법.
  32. 제26항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 100 내지 300 마이크로미터의 거리만큼 상기 광학 이미지 센서로부터 이격되도록 위치설정된, 방법.
  33. 제26항에 있어서, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 1500 내지 2000 마이크로미터의 거리만큼 상기 손가락 배치면으로부터 이격되도록 위치설정된, 방법.
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