KR20190012195A - 이미지 획득 장치 및 지문 획득 장치 - Google Patents

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KR20190012195A
KR20190012195A KR1020187037346A KR20187037346A KR20190012195A KR 20190012195 A KR20190012195 A KR 20190012195A KR 1020187037346 A KR1020187037346 A KR 1020187037346A KR 20187037346 A KR20187037346 A KR 20187037346A KR 20190012195 A KR20190012195 A KR 20190012195A
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밍팡 장
원징 왕
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브이칸시 (베이징) 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

이미지 획득 장치 및 지문 취득 장치가 개시된다. 이미지 획득 장치는 투명판(11), 투명판(11) 하부에 배치된 이미지 센서(12), 투명판(11) 상부에 배치된 광 차단층(13)을 포함한다. 광 차단층(13)에는 복수의 투광성 핀홀(14)이 마련되어 있고, 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야각은
Figure pct00058
이며, 여기서
Figure pct00059
>
Figure pct00060
이다. 투광성 핀홀(14)의 중심간 거리(d)는 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야의 직경(
Figure pct00061
) 이상이다. 이미지 획득 장치는 상이한 굴절률을 갖는 투명 매체를 사용함으로써 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야의 크기를 제한한다. 투광성 핀홀(14)을 갖는 광 차단층(13)의 두께가 이미징 픽셀의 기존 시야 조리개의 두께보다 훨씬 작기 때문에, 이미지 획득 장치는 훨씬 얇아질 수 있다. 또한, 시야 조리개를 제조하는 공정에 비해, 광 차단층(13) 상에 투광성 핀홀(14)을 에칭하는 공정이 용이하므로, 저비용으로 이미지 획득 장치를 용이하게 제조할 수 있다.

Description

이미지 수집기 및 지문 수집 장치
본 출원은 2016년 5월 25일에 출원된 '이미지 획득 장치 및 지문 획득 장치'라는 제목의 중국 특허출원 제 201610353122.8호, 및 2017년 2월 14일에 출원된 '이미지 획득 장치 및 지문 획득 장치'라는 제목의 중국 특허출원 제 201710077434.5호에 우선권을 주장하며, 전술한 특허출원은 본원 출원에 참조로서 통합된다.
본 출원은 이미지 획득 기술 분야에 관한 것으로, 특히 이미지 획득 장치 및 이미지 획득 장치를 사용하는 지문 획득 장치에 관한 것이다.
본 출원 전에 출원된 특허출원들에서, 이미지 획득 장치 내의 이미지 픽셀들의 이미지측 시야를 서로 중첩시키지 않기 위해, 각각의 이미지 픽셀의 시야각은 제한되어야 한다. 도 1은 종래의 지문 획득 기능을 갖는 디스플레이 스크린의 개략적인 구조도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 스크린은 디스플레이 커버 플레이트(1), 디스플레이 커버 플레이트(1) 아래에 배치된 디스플레이 픽셀(2) 및 이미징 픽셀(3), 디스플레이 커버 플레이트(1)와 이미징 픽셀(3) 사이에 배치된 시야 조리개(4)를 포함한다. 이미징 픽셀(3)의 시야각은 시야 조리개(4)에 의해 규정된다. 시야 조리개(4)는 차광 프레임(5)과 차광 프레임의 외장에 의해 형성된 조리개 개구(6)를 포함한다. 조리개 개구(6)의 시야각은 이미징 픽셀(3)의 시야각을 결정한다.
시야 조리개를 사용하여 시야각을 한정하는 경우, 시야 조리개를 두껍게 할 필요가 있기 때문에, 시야 조리개로 제조된 이미지 획득 장치 역시 두껍다. 그러나 전자 장치는 현재 매우 얇을 필요가 있고 두꺼운 이미지 획득 장치는 전자 장치의 설치 및 응용 요구를 충족시킬 수 없다. 또한, 시야 조리개가 복잡한 제조 공정을 가지기 때문에 이미지 획득 장치가 높은 제조 비용을 필요로 하는 문제가 있다.
본 출원은 시야 조리개를 이용한 기존의 이미지 획득 장치가 두꺼우며 제조원가가 높은 문제점을 해결하기 위하여 새로운 이미지 획득 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 이미지 획득 장치를 사용하는 지문 획득 장치를 제공한다.
본 출원은 투명판, 투명판 아래에 배치된 이미지 센서, 및 투명판의 상부면에 배치된 광 차단층을 포함하는 이미지 획득 장치를 제공한다. 광 차단층은 복수의 투광성 핀홀을 구비하고, 투광성 핀홀의 이미지측 시야각은
Figure pct00001
이고, 여기서
Figure pct00002
은 광 차단층의 상부의 매질의 굴절률을 나타내고,
Figure pct00003
는 투명판의 굴절률을 나타내며,
Figure pct00004
>
Figure pct00005
이다. 인접하는 투광성 핀홀의 중심간 거리(d)는 투광성 핀홀의 이미지측 시야의 직경(
Figure pct00006
) 이상이고, 여기서
Figure pct00007
이고,
Figure pct00008
은 투명판의 두께이다.
본 출원은 이미지 센서, 이미지 센서 위에 배치되고 수개의 투광성 핀홀을 갖는 광 차단층, 광 차단층과 이미지 센서 사이에 배치된 하나 이상의 투명 매질층, 및 광 차단층 상에 배치된 하나 또는 복수의 투명 매질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 장치를 제공한다. 적어도 하나의 투명 매질층의 굴절률은 나머지 투명 매질층의 굴절률보다 작다. 투광성 핀홀에 의해 이미지 센서 상에 형성된 시야각의 크기는 제한된 값을 갖는다.
선택적으로 가장 작은 굴절률을 갖는 투명 매질층은 진공층 또는 공기층이다.
본 출원은 이미지 획득 장치를 포함하는 지문 획득 장치를 더 제공한다.
본 출원에 따른 이미지 획득 장치는 상이한 굴절률을 갖는 투명 매체를 사용함으로써 투광성 핀홀의 이미지측 시야의 크기를 제한한다. 투광성 핀홀을 갖는 광 차단층의 두께가 이미징 픽셀의 기존의 시야 조리개의 두께보다 매우 작기 때문에, 본 출원에 제공된 이미징 획득 장치는 매우 얇아질 수 있다. 또한, 시야 조리개를 제조하는 공정보다 광 차단층 상의 투광성 핀홀에 대한 에칭이 용이하기 때문에, 본 출원에 따른 이미지 획득 장치는 저비용으로 용이하게 제조될 수 있다.
선행 기술 또는 본 출원에서의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해 다음은 종래 기술 또는 본원의 특정 실시예와 조합하여 사용되는 첨부 도면을 간략하게 설명한다. 다음의 첨부 도면은 본 출원의 실시예를 쉽게 이해하기 위한 것이며, 당업자는 창의적 노력 없이 이들 도면으로부터 다른 도면을 도출할 수 있음은 명백하다.
도 1은 종래의 지문 획득 기능을 갖는 디스플레이 스크린의 개략적인 구조도이다.
도 2는 1실시예에 따른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다.
도 3은 1실시예에 따른 또 다른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다.
도 4는 2실시예에 따른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다.
도 5는 3실시예에 따른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다.
도 1에서 1은 디스플레이 커버 플레이트, 2는 디스플레이 픽셀, 3은 이미징 픽셀, 4는 시야 조리개, 5는 차광 프레임, 6은 조리개 개구이다.
도 2 및 도 3에서 11은 투명판, 12는 이미지 센서, 13은 광 차단층, 14는 투광성 핀홀, 15는 이미징 픽셀이다.
도 4 및 도 5에서 21은 이미지 센서, 22는 광 차단층, 23은 제 1 투명 매질층, 24는 제 2 투명 매질층, 25는 제 3 투명 매질층, 26은 제 4 투명 매질층, 27은 투광성 핀홀이다.
당업자가 본 출원의 기술적 해결책을 더 잘 이해하게 하기 위해, 본 출원의 실시예에서의 기술적 해결책은 첨부된 도면을 참조하여 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 기술된 실시예들은 본 출원의 모든 실시예가 아닌 일부임은 명백하다. 창의적 노력 없이 본원의 실시예에 기초하여 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 출원의 보호 범위에 속한다.
도 2는 1실시예에 따른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 획득 장치는 투명판(11), 투명판(11) 아래에 배치된 이미지 센서(12), 투명판(11) 상에 배치된 광 차단층(13)을 포함한다. 이미지 센서(12)는 복수의 이미징 픽셀(15)을 포함한다. 광 차단층(13)에는 복수의 투광성 핀홀(14)이 형성되어 있다.
광 차단층(13)은 불투명한 재료로 이루어진다. 광 차단층(13)은 차광막인 것이 바람직하다. 실제 공정에서 광 차단층(13)은 증착법 또는 전기 도금법을 통해 투명판(11) 상에 코팅될 수 있고, 광 차단층(13) 상의 투광성 핀홀(14)은 에칭 공정에 의해 형성된다. 실제 적용시 광 차단층(13)의 두께는 100um 미만이다.
본 실시예에서 각 투광성 핀홀의 이미지측 시야각은
Figure pct00009
이고, 여기서
Figure pct00010
은 광 차단층의 상부의 매질의 굴절률을 나타내고,
Figure pct00011
는 투명판의 굴절률을 나타내며,
Figure pct00012
>
Figure pct00013
이다. 실제 적용에서 투명판(11) 위의 매질층은 일반적으로 공기층이고, 투명판(11)은 광학분야에서 일반적인 광 전달 재료이다.
본 실시예에서 투광판의 두께는
Figure pct00014
이고, 각 투광성 핀홀(14)에 의해 이미지 센서(12) 상에 형성된 이미지측 시야의 직경은
Figure pct00015
이다. 투광성 핀홀(14)은 어레이 방식으로 배열되고, 인접하는 투광성 핀홀의 중심간 거리(d)는 투광성 핀홀의 이미지측 시야의 직경(
Figure pct00016
) 이상이다.
본 실시예의 이미지 획득 장치에 의한 이미지 획득 기술적 해결을 보다 쉽게 이해하기 위해, 이미지 획득 장치의 원리를 이하에서 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광은 투명판(11) 외부의 매체로부터 입사각(A) 및 출사각(B)을 가지고 투명판(11)으로 진행한다. 광의 굴절 법칙에 따라, A와 B의 관계는
Figure pct00017
가 된다. 입사각(A)이 최대값인 90도인 경우, 출사각(B)의 최대값(즉, 이미지측의 시야각의 최대값)은
Figure pct00018
이 된다. 즉,
Figure pct00019
>
Figure pct00020
으로 가정하면 출사각이
Figure pct00021
이하이고, 투광판의 두께가
Figure pct00022
로 결정된다고 가정하면, 각각의 투광성 핀홀(14)은 한정된 이미지측 시야를 갖고, 이미지측 시야의 직경은
Figure pct00023
이다.
인접하는 투광성 핀홀(14)의 중심간 거리(d)가
Figure pct00024
이상이기 때문에, 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야가 서로 겹치지 않는다. 따라서 각각의 투광성 핀홀(14)을 통과하는 광은 이미지 센서(12) 상에 선명한 이미지를 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 각각의 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야는 단지 하나의 이미징 픽셀(15)에 대응될 수 있다. 도 3은 1실시예에 따른 또 다른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야가 서로 겹치지 않는다는 전제하에 각각의 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야는 복수의 이미징 픽셀(15)에 공급된다.
본 실시예에서, 광 차단층(13) 상방의 여러 방향으로부터의 광을 모두 투광성 핀홀(14)에 투과시킬 수 있고, 투명판(11)에서 굴절시킨 후, 투명판(11)에서의 광의 출사각(예를 들어, 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야각)은
Figure pct00025
범위 내에 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 이미지 획득 장치는 투명판(11), 투명판(11) 상에 배치되고 투광성 핀홀(14)로 에칭되는 광 차단층(13)을 포함하는 것을 알 수 있다. 투명판(11)의 굴절률이 광 차단층(13) 위의 매체의 굴절률보다 크기 때문에, 이미지 센서(12) 상의 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야가 결정된 범위로 제한된다. 투광성 핀홀(14) 사이의 거리(d)가 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야의 직경(
Figure pct00026
) 이상이기 때문에, 인접한 투광성 핀홀(14)의 이미지측 시야가 서로 중첩되지 않는다. 광 차단층(13)의 두께는 종래의 시야 조리개의 두께보다 훨씬 작기 때문에, 본 실시예에 따른 이미지 획득 장치는 매우 얇아질 수 있다. 또한, 시야 조리개를 제작하는 것보다 광 차단층(13) 상의 투광성 핀홀(14)을 에칭하는 것이 용이하기 때문에, 이미지 획득 장치를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.
도 4는 2실시예에 따른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이미지 획득 장치는 하부에서 상부 방향으로 차례대로 이미지 센서(21), 제 1 투명 매질층(23), 광 차단층(22), 제 2 투명 매질층(24), 제 3 투명 매질층(25), 제 4 투명 매질층(26)을 포함한다. 제 1 투명 매질층(23)의 두께는
Figure pct00027
이다.
광 차단층(22)은 불투명한 재료로 이루어지고, 그 표면 상에 복수의 투광성 핀홀(27)이 제공된다. 실제 공정에서, 광 차단층(22)은 증기 증착법 또는 전기 도금법으로 제조될 수 있고, 광 차단층(22) 상의 투광성 핀홀(27)은 에칭 공정에 의해 형성될 수 있다.
광의 굴절 법칙에 따라, 광은 굴절률
Figure pct00028
를 갖는 매질 A에서 굴절률
Figure pct00029
를 갖는 매질 B로 투과할 때 굴절하고, 여기서
Figure pct00030
이고,
Figure pct00031
는 입사각,
Figure pct00032
는 출사각이다.
Figure pct00033
<
Figure pct00034
일 때, 광이 매질 A로부터 매질 B로 향하는 입사각이
Figure pct00035
이면, 전반사가 발생한다. 이 조건을 전반사 조건이라고 한다.
Figure pct00036
>
Figure pct00037
일 때, 광이 매질 A로부터 매질 B로 향하고 나서의 출사각은
Figure pct00038
이고, 이는 90도 미만이다. 이 조건을 제한된 출현각 조건이라고 한다.
달리 언급되지 않는 한, 이들 정의는 다른 실시예에도 적용 가능하다.
본 실시예에서, 제 3 투명 매질층(25)의 굴절률은
Figure pct00039
이고, 제 1 투명 매질층(23), 제 2 투명 매질층(24) 및 제 4 투명 매질층(26)의 굴절률은
Figure pct00040
이며,
Figure pct00041
<
Figure pct00042
이다.
광이 제 4 투명 매질층(26)에서 제 3 투명 매질층(25)으로 진행하는 경우, 전반사 조건에 따라, 입사각이
Figure pct00043
보다 작은 경우에만 제 4 투명 매질층(26)을 통해 3 투명 매질층(25)으로 투과될 수 있고, 나머지는 제 4 투명 매질층(26)으로 전반사되어 제 3 투명 매질층(25)으로 투과되지 않는다. 따라서 제 3 투명 매질층(25)과 제 4 투명 매질층(26)의 경계면은 광을 걸래내고, 설정된 조건을 만족하는 광만이 제 3 투명 매질층(25)으로 투과될 수 있다.
광이 제 3 투명 매질층(25)으로부터 제 2 투명 매질층(24)으로 진행할 때 제한된 출사각 조건에 따라 굴절되고, 광의 출사각은
Figure pct00044
미만이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 투명 매질층(24)을 통한 광의 일부는 투광성 핀홀(27)을 통해 제 1 투명 매질층(23)으로 진행한다. 제 1 투명 매질층(23)과 제 2 투명 매질층(24)은 동일한 굴절률을 갖기 때문에, 투광성 핀홀(27)의 이미지측 시야각
Figure pct00045
은
Figure pct00046
로 한정된다.
전술한 바와 같이, 제 1 투명 매질층(23)의 두께는
Figure pct00047
이다. 따라서, 투광성 핀홀(27)에 의해 이미지 센서(21) 상에 형성되는 이미지측 시야의 직경은
Figure pct00048
이고, 투광성 핀홀(27)에 의해 이미지 센서(21) 상에 형성된 이미지측 시야는 제한된 값을 갖는다.
광 차단층(22)의 두께가 기존의 시야 조리개보다 매우 작기 때문에, 본 실시예에 따른 이미지 획득 장치의 두께는 종래의 시야 조리개를 이용한 이미지 획득 장치보다 훨씬 작아질 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 시야 조리개를 제조하는 공정에 비해 광 차단층(22) 상에 투광성 핀홀(27)을 에칭하는 공정이 쉬워지기 때문에, 본 실시예의 이미지 획득 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 이미지 획득 장치의 두께를 더욱 감소시키기 위해, 광 차단층(22)은 복수의 투광성 핀홀(27)을 구비하고, 인접한 투광성 핀홀(27)간의 거리(d)는 이미지측 시야의 직경(
Figure pct00049
) 이상이기 때문에, 인접한 투광성 핀홀(27)의 이미지측 시야가 서로 겹치지 않는다.
물론, 다른 실시예에 의해 제공되는 이미지 획득 장치에서, 광 차단층(22) 상의 투광성 핀홀(27)의 수는 하나로 설정될 수 있다.
투광성 핀홀(27)의 이미지측 시야를 보다 효과적으로 제한하기 위해, 일반적으로 제 3 투명 매질층(25)의 굴절률은 다른 투명 매질층의 굴절률보다 훨씬 작게하는 것이 바람직하다. 따라서 제 3 투명 매질층(25)은 진공층 또는 공기층인 것이 바람직하다.
동일한 굴절률을 갖는 제 1 투명 매질층(23), 제 2 투명 매질층(24), 및 제 4 투명 매질층(26)은 단지 본 발명의 바람직한 예일 뿐이다. 다른 실시예에서, 이들의 굴절률은 서로 상이할 수 있고, 이는 이미지 획득 장치의 기능 구현에 영향을 미치지 않는다.
또한, 다른 실시예에서 투명 매질층의 수 및 두께는 필요에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 투명 매질층(24)이 제거되어 광 차단층(22)이 제 3 투명 매질층(25)에 직접 인접하게 되거나, 제 4 투명 매질층(26)을 제거하거나, 제 2 투명 매질층(24)과 제 4 투명 매질층(26)을 모두 제거하는 경우(이 때 제 3 투명 매질층(25)이 공기층인 경우, 이미지 획득 수단의 구성은 1실시예에 따른 이미지 획득 장치와 동일)가 있고, 또는 각각의 투명 매질층이 하나 또는 다수의 투명 매질 서브층을 포함하는 경우도 있다.
도 5는 3실시예에 따른 이미지 획득 장치를 도시하는 개략적인 구조도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 구조 및 기능면에서 도 4에 대응되는 실시예와 기본적으로 동일하지만, 본 실시예에서의 제 2 투명 매질층(24) 및 제 3 투명 매질층(25)이 광 차단층(22) 아래에 위치한다는 점에서 차이가 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 투광성 핀홀(27)에 의해 이미지 센서(21) 상에 형성된 이미지측 시야는 제한된 값을 갖는다.
명백하게 다른 실시예에서 투명 매질층의 수 및 두께는 필요에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 투명 매질층(23) 또는 제 2 투명 매질층(24)을 제거할 수 있다. 또는 제 1 투명 매질층(23) 및 제 2 투명 매질층(24) 모두를 제거할 수 있다. 또는 제 4 투명 매질층(26)을 제거하여 광 차단층(22)이 이미지 획득 장치 전체의 상면에 위치하도록 할 수 있다. 그리고 각각의 투명 매질층은 하나 또는 다수의 투명 매질 서브층을 포함할 수 있다.
또한, 본 출원은 이미지 획득 장치를 이용한 지문 획득 장치를 제공한다.
본 실시예에 따른 이미지 획득 장치 및 지문 획득 장치는 전술한 바와 같다. 본 출원의 원리 및 구현은 본 명세서의 특정 실시예를 사용하여 기술된다. 이러한 실시예에 대한 설명은 본 발명의 핵심 개념을 이해하는 것을 돕기 위한 것이다. 당업자가 창의적 노력 없이 본원의 원리 내에서 획득된 다른 모든 실시예는 본 출원의 보호 범위 내에 있다.

Claims (4)

  1. 투명판;
    상기 투명판 하부에 배치된 이미지 센서; 및
    상기 투명판 상부에 배치된 광 차단층을 포함하고,

    상기 광 차단층은 복수의 투광성 핀홀을 포함하고, 상기 투광성 핀홀의 이미지측 시야각은
    Figure pct00050
    이며, 여기서,
    Figure pct00051
    은 광 차단층의 상부의 매질의 굴절률을 나타내고,
    Figure pct00052
    는 투명판의 굴절률을 나타내고,
    Figure pct00053
    >
    Figure pct00054
    이고,
    인접하는 상기 투광성 핀홀의 중심 간의 거리(d)는 투광성 핀홀의 이미지측 시야의 직경(
    Figure pct00055
    ) 이상이고,
    Figure pct00056
    이며, 여기서,
    Figure pct00057
    은 투명판의 두께인 것을 특징으로 하는, 이미지 획득 장치.
  2. 이미지 센서;
    상기 이미지 센서 상부에 배치되고 복수의 투광성 핀홀을 갖는 광 차단층;
    상기 광 차단층과 상기 이미지 센서 사이에 배치된 하나 또는 복수의 투명 매질층; 및
    상기 광 차단층 상부에 배치된 하나 또는 복수의 투명 매질층을 포함하고,
    적어도 하나의 매질층의 굴절률은 나머지 투명 매질층의 굴절률보다 작고, 투광성 핀홀에 의해 이미지 센서 상에 형성된 이미지측 시야의 크기는 한정된 값을 갖고,
    서로 다른 굴절률을 갖는 투명 매질층을 이용하여 결정되는 핀홀 이미징을 위한 시야의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는,이미지 획득 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    최소의 굴절률을 갖는 투명 매질층은 진공층 또는 공기층인 것을 특징으로 하는, 이미지 획득 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 이미지 획득 장치를 구비하는, 지문 획득 장치.
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