KR20210015738A

KR20210015738A - 이미지 수집 칩, 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법

Info

Publication number: KR20210015738A
Application number: KR1020207005095A
Authority: KR
Inventors: 카이유 쿠이; 쑤쉥 카이; 홍보 주; 이동 후앙; 웨이 장; 쑤에 펑; 팡 리우
Original assignee: 칭화대학교
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-02-10
Also published as: JP2022503280A; KR102358804B1; TWI731505B; JP7232534B2; CN110381243B; US20220085891A1; EP4007253A4; TWI790639B; US20230025329A1; TW202107068A; WO2021017051A1; TW202136751A; US11881896B2; US11489596B2; CN110381243A; EP4007253A1

Abstract

본 발명은 이미징 및 물체 인식 장치 기술분야에 관한 것이며, 특히 이미지 수집 칩, 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법에 관한 것이다. 상기 칩의 각 그룹의 픽셀확인모듈에서 각 변조유닛과 각 감지유닛은 각각 광변조층과 이미지감지층에 상하로 대응되게 설치되고, 각 변조유닛 내에는 적어도 하나의 변조서브유닛이 각각 설치되고, 각 변조서브유닛 내에는 여러개의 광변조층내로 관통되는 변조홀이 각각 설치되며, 동일한 변조서브유닛 내의 각 변조홀은 특정된 배치 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배치된다. 상기 칩은 광전자공학에서의 변조유닛의 배열에 기반하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대해 변조작용을 진행하며, 또한 복수의 스텍트럼의 이미지 정보를 동시에 수집할 수 있어 기존의 물체 이미징 인식 장치의 가격이 비싸고 소형화가 불가능한 문제를 극복한다.

Description

이미지 수집 칩, 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법

본 출원은 2019년 7월 31일자로 제출한 출원번호가 201910700328.7이고, 발명의 명칭이 “이미지 수집 칩, 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법”인 중국특허출원의 우선권을 주장하며, 그 모든 내용을 인용하는 방식으로 본 출원에 병입한다.

본 발명은 이미징 및 물체 인식 장치 기술분야에 관한 것이며, 특히 이미지 수집 칩, 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법에 관한 것이다.

이미징 스펙트럼학

이미징 스펙트럼학은 스펙트럼 검출과 이미징을 유기적으로 결합하는 기술로서, 어느 한 물체에 대하여 서로 다른 스펙트럼하에서 이미징을 진행하는 동시에 검출대상 물체의 기하학적인 형상 정보와 스펙트럼 특징을 획득하며, 전자파의 자외선, 가시광선, 근적외선 및 중간적외선 구역에서 매우 좁고 연속적인 스펙트럼 이미지 데이터를 많이 획득할 수 있는 기술이다. 30여년의 발전을 거쳐, 이미징 스펙트럼 기술은 이미 지구관측과 우주탐사의 중요한 수단으로 되어, 농축림 생산, 광산자원 탐사, 문화재 검측, 해양 원격탐지, 환경감측, 방재 및 감재, 군사정찰 등 분야에 광범위하게 응용된다.

탑재 플랫폼의 소형화, 예들 들면 작은 위성, 드론 등 소형 플랫폼, 및 야외에 응용되는 항속 수요에 따라, 이미지 수집 장치의 소형화, 경량화에 대한 수요가 점차 뚜렷해진다. 전통적인 이미지 수집 장치는 일반적으로 이미징 스펙트로미터이고, 이미징 스펙트로미터는 3가지 이미징 방식이 있다. 그중 광학 기계 스캐닝 방식은 이동 부품을 구비하여, 무게가 무겁고 체적이 크며, 푸시 브룸(Push broom) 방식은 광학 시스템이 복잡하고, 스테어링 (staring) 이미징 방식은 공간 해상도 및 스펙트럼 채널 수가 제한받는다. 상기 3가지 이미징 방식은 모두 소형화, 경량화의 수요를 만족시킬 수 없다.

본 발명의 실시예는 이미지 수집 칩, 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법을 제공함으로써, 기존의 이미지 수집 장치의 이미징 스텍트로미터의 소형화, 경량화 수요를 만족시킬 수 없는 결함을 해결한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광변조층, 이미지감지층 및 적어도 두개 그룹의 픽셀확인모듈을 포함하고, 상기 광변조층은 이미지감지층의 위에 위치하며, 각 그룹의 상기 픽셀확인모듈은 모두 변조유닛과 감지유닛을 포함하고, 상기 각 변조유닛과 상기 각 감지유닛은 각각 상기 광변조층과 이미지감지층에 상하로 대응되게 설치되며; 그중, 상기 각 변조유닛 내에 적어도 하나의 변조서브유닛이 각각 설치되고, 상기 각 변조서브유닛내에는 상기 광변조층 내로 관통되는 여러개의 변조홀이 각각 설치되며, 상기 동일한 변조서브유닛 내의 상기 각 변조홀은 특정된 배치 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배치되는 이미지 수집 칩을 제공한다.

일부 실시예에서, 상기 2차원 그래픽 구조의 특정된 배치 규칙은, 상기 동일 2차원 그래픽 구조 내의 모든 상기 변조홀은 동일한 특정된 단면 형상을 동시에 갖고, 상기 각 변조홀은 구조 파라미터의 크기가 점진적으로 변화되는 순서에 따라 어레이 배치되고; 및/또는 상기 동일 2차원 그래픽 구조 내의 상기 각 변조홀은 각각 특정된 단면 형상을 갖고, 상기 각 변조홀은 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열되는; 것을 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 각 변조홀은 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열될 경우, 상기 배열되는 순서는 사전 설정된 주기 순서로 행에 따라 혹은 열에 따라 배치된다.

일부 실시예에서, 상기 각 변조유닛의 동일 위치의 상기 변조서브유닛 내에는 변조홀이 설치되지 않는다.

일부 실시예에서, 상기 변조홀의 밑부분은 상기 광변조층을 관통하거나 혹은 상기 광변조층을 관통하지 않는다.

일부 실시예에서, 상기 이미지감지층의 하측에 연결되어 상기 각 감지유닛 사이를 전기적으로 연결하는 신호처리회로층을 더 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 감지유닛은 적어도 하나의 감지서브유닛을 포함하고, 상기 각 감지서브유닛은 매트릭스로 배열되며, 상기 각 감지서브유닛 내에는 적어도 하나의 이미지센서가 각각 설치되고, 상기 모든 감지서브유닛 사이는 상기 신호처리회로층을 통하여 각각 전기적 연결된다.

일부 실시예에서, 상기 광변조 마이크로 나노 구조와 이미지감지층 사이에 위치하는 투광매체층을 더 포함한다.

본 발명은 스펙트럼이 이미징 대상 물체를 거친 후 입사광으로서 이미지 수집 칩에 입사하도록 이미징 대상 물체를 향해 스펙트럼을 방출하기 위한 광원; 및 상기 이미징 대상 물체의 동일 측에 상기 광원과 동시에 설치되고, 각 그룹의 픽셀확인모듈을 이용하여 상기 입사광에 대하여 각각 광변조를 진행하여 적어도 2개의 변조 후의 스펙트럼을 획득하여, 상기 각 변조 후의 스펙트럼의 광도에 대하여 감지 검출을 진행함으로써 각 픽셀 포인트를 각각 확정하기 위한 상기 이미지 수집 칩;을 포함하는 물체 이미징 인식 장치를 더 제공한다.

본 발명은 상기 물체 이미징 인식 장치를 기반으로 하여 제시하는 이미징 대상 물체 인식 방법에 있어서, 상기 스펙트럼이 상기 이미징 대상 물체를 거친 후 입사광으로서 이미지 수집 칩에 입사하도록, 광원을 이용하여 이미징 대상 물체를 향해 스펙트럼을 방출하는 단계; 상기 이미지 수집 칩의 각 그룹의 픽셀확인모듈을 이용하여 상기 입사광에 대하여 각각 광변조를 진행하여 여러개의 변조 후의 스펙트럼을 획득하여, 상기 각 변조 후의 스펙트럼의 광도에 대하여 감지 검출을 진행함으로써 각 그룹의 픽셀 데이터를 각각 확정하는 단계; 및 상기 모든 픽셀 데이터를 통합하여 출력 이미지를 구성하는 단계;를 포함하는 이미징 대상 물체 인식 방법을 더 제공한다.

본 발명의 상기 기술방안은 아래와 같은 기술적 효과를 가진다.

1. 본 발명의 상기 이미지 수집 칩은 광변조층, 이미지감지층 및 적어도 2개 그룹의 픽셀확인모듈을 포함한다. 광변조층은 이미지감지층의 위에 위치하고, 각 그룹의 픽셀확인모듈은 모두 변조유닛과 감지유닛을 포함하고, 각 변조유닛과 각 감지유닛은 광변조층과 이미지감지층에 상하로 대응되게 각각 설치되며, 각 그룹의 픽셀확인모듈을 이용하여 스펙트럼에 대하여 광도 감지 검출을 각각 진행함으로써, 각 픽셀 포인트의 픽셀 데이터를 각각 확정하고 진일보로 모든 픽셀 데이터를 통합하여 최종 출력 이미지를 구성한다. 상기 이미지 수집 칩은 기존의 물체 이미징 인식 장치의 복잡하고 정밀한 분광소자와 과다한 이미지센서를 대체하고, 변조유닛과 감지유닛을 이용하여 스텍트럼에 대하여 각각 변조를 진행하여 광도를 감지함으로써, 정밀한 이미지 재구성 과정을 실현하여 이미지 수집 칩이 래스터, 프리즘, 반사경 혹은 기타 공간적 분광소자와 유사한 소자 없이 광도 감지 작업을 진행할 수 있도록 한다. 이는 진일보로 물체 이미징 인식 장치의 체적을 대폭 축소하는 동시에 광도 감지의 정밀성을 제고함으로써, 물체 이미징 인식 장치가 측정 정밀도가 높고 휴대성이 좋고 실시간 온라인 측정이 가능하며, 조작이 간편하고 성능이 안정적이고 제조원가가 낮은 등 장점을 구비하도록 하며, 상기 칩은 소형 플랫폼, 예를 들면 작은 위성, 드론 등에서의 적용은 광범위한 전망이 있다.

2. 상기 이미지 수집 칩의 각 변조유닛 내에는 적어도 하나의 변조서브유닛이 각각 설치되고, 각 변조서브유닛 내에는 여러개의 광변조층내로 관통되는 변조홀이 각각 설치되며, 동일 변조서브유닛 내의 각 변조홀은 특정된 배치 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배치된다. 상기 칩은 광전자공학에서의 변조유닛 어레이에 기반하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대해 변조작용을 진행하며, 각 변조유닛에 복수의 변조서브유닛이 대응되게 함유됨으로써 복수의 스텍트럼의 이미징 대상 물체의 이미지 정보를 동시에 수집할 수 있어 스펙트럼 인식율을 대폭 제고하고 오인식율을 감소할 수 있다. 상기 칩은 홍채 인식에 사용할 수 있으며, 복수의 파장하의 홍채 이미지 정보를 동시에 획득하는 것을 통하여 인식율을 높이고, 또한 생체 검사를 위조 방지에 사용하는데 유리하여, 디사이퍼, 위조 난이도를 증가하는 동시에 콘택트렌즈, 컬러렌즈 및 서로 다른 광조사 조건으로 인한 간섭을 감소할 수 있다. 상기 칩은 기존의 물체 이미징 인식 장치의 가격이 비싸고 소형화가 불가능한 문제를 극복한다.

본 발명의 실시예 혹은 종래기술의 기술방안을 더욱 명확하게 설명하기 위하여, 이하, 실시예 혹은 종래기술의 설명에서 사용되는 도면에 대해 간단하게 소개한다. 아래의 설명에서 도면은 본 발명의 일부 실시예에 불과하며, 당업자에게 있어서 창조적인 노동 없이 이러한 도면에 근거하여 기타 도면을 획득할 수 있는 것은 자명한 것이다.
도 1은 본 발명 실시예의 물체 이미징 인식 장치의 이미징 원리도이다;
도 2는 본 발명 실시예의 물체 이미징 인식 장치가 홍채에 대하여 이미징을 진행하는 작업원리도이다;
도 3은 본 발명 실시예1의 이미지 수집 칩의 구조 예시도이다;
도 4는 본 발명 실시예1의 이미지 수집 칩의 단면도이다;
도 5는 본 발명 실시예1의 광변조층의 예시도이다;
도 6은 본 발명 실시예1의 이미지감지층의 구조 예시도이다;
도 7은 본 발명 실시예2의 광변조층의 구조 예시도이다;
도 8은 본 발명 실시예3의 광변조층의 구조 예시도이다;
도 9는 본 발명 실시예4의 광변조층의 구조 예시도이다;
도 10은 본 발명 실시예5의 이미지 수집 칩의 단면도이다;
도 11은 본 발명 실시예6의 이미지 수집 칩의 단면도이다;
도 12는 본 발명 실시예7의 이미지 수집 칩의 구조 예시도이다;
도 13은 본 발명 실시예7의 광변조층의 구조 예시도이다;
도 14 및 도 15는 각각 본 발명 실시예1 내지 실시예7의 이미지 수집 칩의 변조홀 가공 제조 방법의 과정 예시도이다.

이하, 도면과 실시예를 결합하여 본 발명의 실시형태에 대하여 더 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 다른 특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 언급한 칩은 모두 이미지 수집 칩의 약칭이다.

본 발명의 각 실시예는 이미지 수집 칩을 제공한다. 상기 칩은 기존의 물체 이미징 인식 장치의 복잡하고 정밀한 분광소자와 과다한 이미지센서를 대체하고, 변조유닛과 감지유닛을 이용하여 각각 복수의 스텍트럼에 대하여 동시에 변조를 진행하여 광도를 감지함으로써, 정밀한 이미지 재구성 과정을 실현하여 이미지 수집 칩이 래스터, 프리즘, 반사경 혹은 기타 공간적 분광소자와 유사한 소자 없이 광도 감지 작업을 진행할 수 있도록 한다. 이는 물체 이미징 인식 장치의 체적을 대폭 축소하는 동시에 광도 감지의 정밀성을 제고함으로써, 물체 이미징 인식 장치가 측정 정밀도가 높고, 휴대성이 좋고, 실시간 온라인 측정이 가능하며, 조작이 간편하고, 성능이 안정적이고, 제조원가가 낮은 등 장점을 구비하록 한다.

구체적으로, 도1 내지 도13에 도시된 바와 같이, 상기 칩(300)은 광변조층(1), 이미지감지층(2) 및 적어도 2개 그룹의 픽셀확인모듈을 포함한다. 광변조층(1)은 이미지감지층(2)의 위에 위치하고, 광변조층(1)은 입사광을 수신하여 상기 입사광에 대하여 변조를 진행하기 위한 것이고, 이미지감지층(2)은 변조 후의 스펙트럼의 광도를 감지하기 위한 것이므로, 서로 다른 파장을 갖는 스펙트럼의 광도에 대하여 대응되는 이미지 픽셀 포인트 데이터를 확정한다. 각 그룹의 픽셀확인모듈은 모두 변조유닛(5)과 감지유닛(7)을 포함하고, 상응하게, 각 그룹의 변조유닛(5)과 감지유닛(7)은 각각 광변조층(1)과 이미지감지층(2)에 상하로 대응되게 설치되어, 각 변조유닛(5)과 각 감지유닛(7)이 모두 적어도 한 그룹의 이미지 픽셀 포인트 데이터를 대응되게 확정할 수 있도록 한다. 모든 이미지 픽셀 포인트 데이터를 통합하면 오리지널 출력 이미지를 재구성할 수 있다.

본 실시예에서, 각 변조유닛(5) 내에는 적어도 하나의 변조서브유닛이 각각 설치되고, 각 변조서브유닛 내에는 광변조층(1) 내로 관통되는 여러개의 변조홀(6)이 각각 설치되며, 동일한 변조서브유닛 내의 각 변조홀(6)은 특정된 배열 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배치된다. 본 실시예의 이미지 수집 칩(300)은 기존의 물체 이미징 인식 장치의 정밀한 광학부재를 대체하여 입사광에 대한 정밀한 변조와 픽셀 재구성을 실현할 수 있다. 또한 상기 이미지 수집 칩(300)을 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 변조작용을 자유롭게 실현할 수 있고, 상기 변조작용은 광의 산란, 흡수, 투사, 반사, 간섭, 표면 플라즈몬 및 공진 등 작용을 포함하되 이에 한정되지는 않으며, 서로 다른 구역 사이의 스펙트럼 응답의 차이성을 증가함으로써 이미지 수집 칩(300)의 분석 정밀도를 높인다. 이외, 상기 칩(300)은 각 변조유닛(5)상의 하나 혹은 복수의 2차원 그래픽 구조를 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 변조작용을 실현하며, 또한 2차원 그래픽 구조를 이용하는 것은 서로 다른 구역 사이의 스펙트럼 응답의 차이성을 증가할 수 있어 이미지 수집 칩(300)의 분석 정밀도를 높일 수 있다.

본 실시예의 칩(300)은 신호처리회로층(3)을 더 포함한다. 신호처리회로층(3)은 이미지감지층(2)의 하방에 연결되어, 각 감지유닛(7) 사이를 전기적으로 연결함으로써, 각 그룹의 픽셀확인모듈에 의해 감지된 광도에 근거하여 차분 응답을 계산할 수 있다. 각 감지유닛(7) 내의 센서는 모두 감지한 광도에 근거하여 하나의 픽셀 포인트를 구성할 수 있어, 알고리즘을 통하여 하나의 픽셀 포인트의 각 파장의 강도 분포를 획득할 수 있다. 상기 차분 응답은 광변조층을 거쳐 변조한 후 획득한 스펙트럼 응답 신호와 오리지널 스펙트럼 신호 사이에 대한 차이값을 구하거나 혹은 각 변조유닛(5)에 의해 변조한 후 획득한 스펙트럼 응답 신호 사이의 차이값을 구하거나 혹은 각 변조서브유닛에 의해 변조한 후 획득한 스펙트럼 응답 신호 사이의 차이값을 구하는 것을 말한다. 오리지널 스펙트럼은 광변조층(1)에 입사한 입사광 스펙트럼을 말한다.

추가적으로, 각 감지유닛(7)은 적어도 하나의 감지서브유닛(9)을 포함한다. 각 감지서브유닛(9)은 매트릭스로 배열되고, 각 감지서브유닛(9) 내에는 적어도 하나의 이미지센서가 각각 설치되며, 모든 감지서브유닛(9) 사이는 각각 신호처리회로층(3)을 통하여 전기적 연결되어, 서로 다른 그룹의 변조유닛(5)과 감지유닛(7)에 구성된 픽셀 포인트를 보다 세밀하게 구분할 수 있도록 함으로써, 각 그룹의 동일 위치의 변조서브유닛과 대응되는 감지서브유닛(9)을 이용하여 생성된 복수의 픽셀 포인트는 복수의 주파수 스펙트럼 정보를 포함한 하나의 이미지를 구성한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 각 실시예에 따라 광원(100)과 이미지 수집 칩을 포함하는 물체 이미징 인식 장치를 제공한다. 광원(100)은 스펙트럼이 이미징 대상 물체(200)를 거친 후 입사광으로서 이미지 수집 칩(300)에 입사 하도록 이미징 대상 물체(200)를 향해 스펙트럼을 방출하기 위한 것이다. 이미지 수집 칩(300)과 광원(100)은 이미징 대상 물체(200)의 동일 측에 동시에 설치한다. 상기 이미지 수집 칩(300)은 각 그룹의 픽셀확인모듈을 이용하여 입사광에 대하여 각각 광변조를 진행하여 적어도 2개의 변조 후의 스펙트럼을 획득하여, 각 변조 후의 스펙트럼의 광도에 대하여 감지 검출을 진행함으로써 각 픽셀 포인트를 각각 확정하여 최종적으로 모든 픽셀 포인트를 통합하여 이미지를 구성하기 위한 것이다.

광원(100)의 스펙트럼이 이미징 대상 물체(200)를 쉽게 관통하여 형성된 반사광이 칩(300)의 입사광으로 사용되도록하기 위하여, 광원(100)과 이미지 수집 칩(300)을 이미징 대상 물체(200)의 동일 측에 동시에 설치하는 것이 바람직하다. 도2에 도시된 바와 같이, 광원(100)과 이미지 수집 칩(300)을 동시에 이미징 대상 물체(200)의 하측에 설치하고, 광의 반사원리를 이용하여 광원(100)이 생성한 가시-근적외광의 스펙트럼이 이미징 대상 물체(200) 내로 관통할 수 있고, 반사작용에 의해 스펙트럼 전체가 이미지 수집 칩(300)에 입사하는 입사광을 형성한다. 상기 구조설치는 검출공간을 확대할 수 있고 물체 이미징과 인식의 사용 편이성을 향상시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 물체 이미징 인식 장치를 홍채(210)에 대한 이미징에 적용하는 이미징 원리도이다. 이해할 수 있는 것은, 본 발명의 상기 이미지 수집 칩(300)과 물체 이미징 인식 장치는 홍채(210)에 대하여 이미징 인식을 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 기타 임의의 이미징 대상 물체(200)에 대하여서도 이미징 인식을 진행할 수 있으며, 이미징 수요에 근거하여 이미지 수집 칩(300)의 각 변조유닛(5)의 체적 및 입사광의 대응 파장 등 파라미터에 대하여 조절만 진행하면 된다.

아래, 일 예로 홍채(210)를 이미징 대상으로 하였으며, 구체적으로 여러개의 실시예를 통하여 본 발명의 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치에 대하여 상세하게 설명한다. 하기 각 실시예의 상기 칩(300)은 모두 상기 물체 이미징 인식 장치에 적용된다.

실시예 1

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예1에서 제공하는 이미지 수집 칩(300)에서, 광변조층(1)은 복수의 변조유닛(5)을 포함한다. 상기 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)은 모두 광변조층(1)을 관통한다. 각 변조유닛(5) 내에서 복수의 변조홀(6)로 구성된 2차원 이미지 구조는 모두 동일한 특정된 단면 형상을 갖고, 본 실시예1은 도2에 도시된 타원형 변조홀(6) 어레이로 구성된 6개의 변조유닛(5)을 예로 설명한다. 각 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)은 모두 동일 규칙의 구조 파라미터의 크기가 점진적으로 변화되는 순서에 따라 어레이 배치되어 2차원 그래픽 구조를 형성한다. 상기 2차원 그래픽 구조의 변조홀(6)은 모두 어레이 배치되고 변조홀(6)은 모두 장축 길이, 단축 길이 및 회전 각도에 따라 작은 것으로부터 큰 것으로 행열에 따라 배치된다.

이해할 수 있는 것은, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 변조홀(6)은 모두 동일 배치 규칙에 따라 배열된다. 즉 장축 길이, 단축 길이 및 회전 각도의 구조 파라미터를 작은 것으로 부터 큰 것으로 행열에 따라 점진적으로 변화되는 순서로 배치함으로써, 상기 광변조층(1)의 모든 변조홀(6)은 하나의 변조유닛(5)으로 볼 수 있고, 또는 상기 광변조층(1)의 모든 변조홀(6)을 임의로 여러개의 변조유닛(5)으로 추가적으로 분할할 수 있으며, 임의의 분할된 변조유닛(5)은 스펙트럼에 대하여 모두 서로 다른 변조 작용을 하며, 이론적으로는 무한 그룹의 변조 후의 스펙트럼 샘플을 획득할 수 있음으로, 오리지널 스펙트럼을 재구성하기 위한 데이터량을 급속히 증대하며 이는 광대역 스펙트럼의 스펙트럼 패턴에 대한 복구에 유리하다. 즉, 각 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)의 구조 파라미터 특성에 근거하여 상기 변조유닛(5)의 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 변조작용의 효과를 확인하면 된다. 상기 재구성 과정은 데이터 처리 모듈을 통하여 실시한다. 데이터 처리 모듈은 스펙트럼 데이터 전처리 및 데이터 예측 모델을 포함한다. 그중, 스펙트럼 데이터 전처리는 상기 획득한 차분 응답 데이터에 존재하는 노이즈에 대하여 전처리를 진행하는 것을 말한다. 상기 스펙트럼 데이터 전처리에 적용되는 처리 방법은 푸리에 변환, 미분 및 웨이브릿 변환 등을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 데이터 예측 모델은 스펙트럼 데이터 정보로부터 획득한 이미징 대상 물체(200)의 그래픽 파라미터에 대한 예측을 포함하며, 사용하는 알고리즘은 최소 제곱법, 주성분분석 및 인공신경망을 포함하되 이에 한정되지는 않는다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예는 각 변조유닛(5)과 하나의 감지유닛(7)을 서로 대응되게 상하로 설치하여, 감지유닛(7)내의 이미지센서를 이용하여 상기 변조유닛(5)에 의해 수신된 스펙트럼을 하나의 픽셀 포인트로 구성되도록 하며, 알고리즘을 통하여 하나의 픽셀 포인트상의 강도 분포를 획득할 수 있다. 하지만 서로 다른 그룹의 픽셀확인모듈에 대응하여 구성된 복수의 픽셀 포인트는 통합되어 복수의 주파수 스펙트럼 정보를 포함한 하나의 이미지로 구성될 수 있다.

추가적으로, 각 변조유닛(5) 내에서 분할된 서로 다른 구역(변조서브유닛)의 구조 파라미터가 서로 다르므로, 서로 다른 파장을 갖는 광에 대한 각 변조서브유닛의 변조작용이 서로 다르다. 변조작용은 광의 산란, 흡수, 투사, 반사, 간섭, 플라즈몬 등 작용을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 변조작용의 최종 효과는 서로 다른 파장을 갖는 광이 각 변조유닛(5)의 서로 다른 변조서브유닛 구역을 투과 시의 투과 스펙트럼이 서로 다름을 확정하는 것이며, 즉 동일한 입력 스펙트럼에 있어서 동일한 2차원 이미지 구조의 서로 다른 구역을 경과하는 투과 스펙트럼은 서로 다르다.

본 실시예에서, 각 변조유닛(5)의 하방에는 각각 하나의 감지유닛(7)이 대응되게 설치되고, 각 감지유닛(7) 내에는 복수의 센서가 각각 설치된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 감지유닛(7) 내의 각 센서는 동일한 변조유닛(5) 내의 서로 다른 구역에 각각 대응되어, 각 센서 및 그에 대응되는 구역은 각각 하나의 픽셀 포인트를 구성함으로써, 각 그룹의 픽셀확인모듈 내에는 하나 이상의 픽셀 포인트를 구성할 수 있으며, 알고리즘을 통하여 하나의 픽셀 포인트상의 각 파장의 강도 분포를 획득할 수 있다. 하지만 서로 다른 그룹의 픽셀확인모듈에서 동일 위치에 대응하여 구성된 복수의 픽셀 포인트는 통합되어 복수의 주파수 스펙트럼 정보를 포함한 하나의 이미지를 구성할 수 있다.

이해할 수 있는 것은, 상기 변조홀(6)의 특정된 단면 형상은 원형, 타원형, 십자형, 정다각형, 별모양 혹은 직사각형 등을 포함하며, 또한 상기 각 형상의 임의의 조합일 수도 있다. 상응하게, 상기의 변조홀(6)의 구조 파라미터는 내경, 장축 길이, 단축 길이, 회전 각도, 각수 혹은 변의 길이 등을 포함한다.

본 실시예 1의 상기 물체 이미징 인식 장치에 적용되는 광원(100)은 가시광선으로부터 근적외선 주파대까지의 광원이며, 광원(100)의 파장범위는 400nm~1100nm이다. 광변조층(1)의 두께는 60nm~1200nm이며, 광변조층(1)과 이미지감지층(2) 사이는 직접 연결되거나 혹은 투광매체층(4)을 통하여 연결된다. 이미지감지층(2)과 신호처리회로층(3) 사이는 전기적으로 연결된다. 이중, 도 5에 도시된 바와 같이, 광검출층상에는 6개의 변조유닛(5)이 설치되고, 변조유닛(5)은 모두 어레이 배치되며, 각 변조유닛(5)에서의 변조홀(6)은 모두 타원형이고, 모든 타원형 변조홀(6)의 단축 길이는 각각 행열에 따라 증가하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 수평방향을 횡축으로 하고 수직방향을 종축으로 할 경우, 각 변조유닛(5)에서의 타원형 변조홀(6)은 모두 행열에 따라 종축에서 횡축 방향으로 회전하며, 그 회전각도는 점진적으로 커진다. 각 변조유닛(5)에서의 변조홀(6)은 모두 각자 동일한 2차원 그래픽 구조를 구성하고, 상기 2차원 그래픽 구조 전체는 매트릭스 구조이며 상기 매트릭스 구조의 면적범위는 200μm²~40000μm²이다.

본 실시예의 이미지 수집 칩(300)을 제조함에 있어서, 제조 공정의 가공에 양호한 호환성을 구비하도록 실리카계 재료를 선택하여 광변조층(1)과 이미지감지층(2)의 재료로 사용한다. 광변조층(1)을 제조할 경우, 이미지감지층(2)에 광변조층(1)을 직접 생성할 수 있는데, 우선 사전에 제조된 광변조층(1)을 이미지감지층(2)에 전사할 수도 있다.

구체적으로, 광변조층(1)의 직접 생성하는 방식은 구체적으로 다음과 같은 것을 포함한다. 즉, 도 5에 도시된 구조에 따라 배치되는 광변조층(1)을 이미지감지층(2)에 직접 증착하여 생성하거나; 혹은 우선 이미지감지층(2)에 실리카계 재료로 제조된 기판을 장착한 후, 도 5에 도시된 구조에 따라 기판에 마이크로 나노 가공을 진행하여 홀을 만들어 광변조층(1)을 획득한다.

상기 직접 증착하여 생성되는 과정은 다음과 같다. 제1단계, 스퍼터링, 화학기상증착법 등 방법으로 이미지감지층(2)에 실리콘 플래트를 증착한다. 제2단계, 포토에칭, 전자빔 노출 등 그래픽 전사 방법을 이용하여 실리콘 프래트상에 필요한 2차원 그래픽 구조를 제작하되, 그 구조는 도 6에 도시된 바와 같다. 상기 2차원 그래픽 구조는 구체적으로 다음과 같다. 타원형 변조홀(6)의 단축과 회전 각도에 대해서만 점진적으로 변화되는 조정을 진행한다. 타원 장축은 200nm~1000nm 범위의 정격치로 선정한다. 예를 들면 500nm로 선정할 수 있다. 단축 길이는 120nm~500nm의 범위내에서 변화하고 타원의 회전 각도는 0°~90°범위내에서 변화하며, 타원의 배열 주기는 200nm~1000nm의 범위내의 정격치로 선정한다. 예를 들면 500nm로 선정할 수 있다. 변조유닛(5)의 그래픽 전체는 면적범위가 200μm²~40000μm²인 직사각형의 어레이 구조이다. 제3단계, 반응성 이온 에칭, 유도식 커플링 플라즈마 에칭 및 이온빔 에칭 등 방법을 통하여 실리콘 플레이트에 대하여 에칭하면 필요로 하는 광변조층(1)을 획득할 수 있다. 마지막으로 광변조층(1)과 이미지감지층(2) 전체를 전기적 연결을 통하여 신호처리회로층(3)에 연결하면 된다.

상기의 광변조층(1) 전사의 제조 방법은 구체적으로 다음과 같다. 즉, 우선 도5에 도시된 구조에 따라 마이크로 나노 가공을 통하여 기판에 홀을 만들어 사전 제조되는 광변조층(1)을 획득한다. 그 다음 상기 사전 제조된 광변조층(1)을 이미지감지층(1)으로 전사한다. 구체적으로, 광변조층(1) 전사 방법의 과정은 다음과 같다. 즉, 우선 상기 파라미터에 근거하여 실리콘판 혹은 SOI(실리콘-절연체-실리콘판 구조)상에 광변조층(1)을 제조하여 획득한 후, 전사 방법을 통하여 이미지감지층(2)으로 전사하며, 마지막으로 광변조층(1)과 이미지감지층(2) 전체를 전기적 연결을 통하여 신호처리회로층(3)에 연결하면 된다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 다른 이미지 수집 칩(300)의 제조 과정을 제시한다. 구체적으로， 이미지감지층(2) 내에 III-V족 검출기를 장착한다. 구체적으로 GaAs/InGaAs의 양자 우물 검출기를 장착한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 검출기를 CMOS회로에 엎어 놓아 본딩하며, 검출기는 GaAs 기판(1')과 InGaAs 양자 우물 이미지감지층(2)을 포함한다. 도15에 도시된 바와 같이, 직접 기판(1')을 박막화한 후, 기판(1')상에서 마이크로 나노 가공을 진행하여 2차원 그래픽 구조를 구비도록 하여 광변조층(1)을 형성하면 된다. 이 제조과정과 상기 마이크로 나노 가공에서 홀을 만드는 구별점은 오직 검출기로 구성되는 이미지감지층(2)의 상면을 직접 마이크로 나노 가공의 기판(1’)으로 사용하는 것이며, 이러한 제조과정은 가공하여 사전 제조한 광변조층(1)과 이미지감지층(2) 사이의 긴밀한 연결을 확보함으로써 슬릿이 생겨 광의 변조 작용에 영향을 주는 것을 방지한다.

본 실시예의 물체 이미징 인식 장치의 이미지에 대한 수집 및 재구성의 완전한 프로세스는 다음과 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 가시광선에서 근적외선까지의 스펙트럼 광원(100)을 사람 눈의 홍채(210)에 조사하여 홍채(210)가 입사광을 흡수하여 칩(300)에 반사하도록 하며, 홍채(210)로부터 칩(300)에 조사되는 반사광은 칩(300)의 입사광이다. 그 다음, 상기 입사광은 광변조층(1)에 입사하여 각 변조유닛(5)의 광변조 작용을 거친다. 이 과정에서, 각 변조유닛(5)상의 서로 다른 구역의 변조작용은 서로 다르므로, 투과 스펙트럼도 서로 다르다. 또한 각 변조유닛의 하방에는 이미지감지층(2)의 복수의 감지유닛(7)이 각각 대응되게 설치된다. 또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 그룹의 픽셀확인모듈의 대응되는 작용하에서, 도 4의 각 변조유닛(5)의 각 구역은 각각 도 5의 각 감지유닛(7)의 각 감지서브유닛(9)과 서로 대응되므로, 각 감지서브유닛(9)에서 획득한 투과 스펙트럼은 서로 다르다. 따라서 각 변조서브유닛은 각 감지서브유닛(9)과 각각 한개 그룹의 픽셀확인서브모듈을 구성할 수 있고, 각 서브모듈은 하나의 픽셀 포인트 내의 일부 주파수 스펙트럼 정보를 각각 인식할 수 있음으로, 각 구역의 서브 모듈을 통합하면 하나의 픽셀 포인트의 복수의 주파수 스펙트럼 정보를 획득할 수 있다. 진일보로 각 픽셀 포인트를 통합하면 상기 이미지의 픽셀 포인트를 모두 획득할 수 있으며, 이에 근거하여 재구성함으로써 홍채 이미지를 획득한다. 이해할 수 있는 것은, 각 감지서브유닛(9)에 대응되는 변조유닛상의 2차원 그래픽 구조가 동일하므로, 이미지의 서로 다른 공간위치의 광이 동일 변조작용을 거친 후의 응답을 획득하고, 동일 주파수의 홍채 이미지를 획득할 수 있다.

실시예 2

본 실시예 2의 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법은 모두 실시예 1과 기본적으로 동일하고, 동일한 부분에 대하여 더 반복하여 설명하지 않으며, 서로 다른 부분은 다음와 같다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이미지 수집 칩(300)에서, 광변조층(1)에 설치된 각 변조유닛(5)의 각 2차원 그래픽 구조 내의 모든 변조홀(6)은 각각 각자의 특정된 단면 형상을 갖고 있으며, 각 변조홀(6)은 특정된 단면 형상에 따라 자유롭게 조합되어 배열된다(즉 무질서하게 임의로 배열됨). 구체적으로, 상기 2차원 그래픽 구조 내에서 일부 변조홀(6)의 특정된 단면 형상은 동일하고, 동일한 특정된 단면 형상을 갖는 각 변조홀(6)은 복수의 변조홀(6) 그룹을 구성하고, 각 변조홀(6) 그룹의 특정된 단면 형상은 서로 다르며, 변조홀(6)은 모두 자유롭게 조합된다.

이해할 수 있는 것은, 상기 변조유닛(5) 전체를 한가지 특정 파장을 갖는 스펙트럼에 대해 변조를 진행하는 것으로 볼 수 있고, 또한 상기 변조유닛을 여러개의 마이크로 나노 변조서브유닛으로 자유롭게 분할하여 여러가지 서로 다른 파장을 갖는 스펙트럼에 대하여 변조를 진행할수 있어, 광변조의 유연성 및 다양성을 증가할 수 있다.

실시예 3

본 실시예 3의 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법은 모두 실시예 2와 기본적으로 동일하고, 동일한 부분에 대하여 더 반복하여 설명하지 않으며, 서로 다른 부분은 다음과 같다.

본 실시예의 이미지 수집 칩(300)의 광변조층(1)상에는 2개 혹은 2개 이상의 변조유닛(5)이 배열되어 있다. 각 변조유닛(5)은 적어도 2개의 변조서브유닛으로 더 분할된다. 각 변조서브유닛 내의 모든 변조홀(6)은 각각 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열되며, 그 배열 순서는 사전 설정된 주기 순서로 행에 따라 혹은 열에 따라 배치된다. 각 변조유닛(5) 내의 동일 구역의 변조서브유닛 내의 변조홀(6)의 단면 형상과 배치 주기는 동일하다. 따라서 각 변조유닛(5)의 서로 다른 위치의 변조서브유닛은 동일 입사광에 대하여 모두 서로 다른 변조작용을 구비한다. 변조 수요에 근거하여 변조유닛(5) 내의 변조홀(6)의 구조 파라미터의 점진적으로 변화되는 순서 및/또는 변조홀(6)의 특정된 단면 형상을 변경할 경우, 현재 변조유닛(5)의 변조작용 및/또는 변조 대상을 변경할 수 있다.

구체적으로 도 8에 도시된 바와 같이, 광변조층(1)에는 6개의 변조유닛(5)이 분포되어 있으며, 3개의 변조유닛(5)이 한줄로 배열되어 총 두줄로 형성된다. 구체적으로는 첫번째 줄의 제1변조유닛(11), 제2변조유닛(12), 제3변조유닛(13) 및 두번째 줄에 대응되게 배열되는 제4변조유닛(14), 제5변조유닛(15), 제6변조유닛(16)이다. 각 변조유닛은 동일한 구조 비례에 따라 4개의 변조서브유닛으로 더 구분된다. 구체적으로는 유닛 매트릭스의 왼쪽 상단에 위치한 제1변조서브유닛(110), 유닛 매트릭스의 오른쪽 상단에 위치한 제2변조서브유닛(111), 유닛 매트릭스의 왼쪽 하단에 위치한 제3 변조서브유닛(112) 및 유닛 매트릭스의 오른쪽 하단에 위치한 제4변조서브유닛(113)이다.

그중, 각 변조유닛(5)에서 동일 구역의 변조서브유닛의 변조홀 구조 파라미터와 배열 주기는 모두 동일하다. 구체적으로, 제1변조서브유닛(110)과 제2변조서브유닛(111) 내의 변조홀(6)은 모두 원형이다. 하지만 변조홀(6)의 내경이 서로 달라, 제1변조서브유닛(110)은 입력 스펙트럼에 대하여 제1변조방식을 갖고, 제2변조서브유닛(111)은 입력 스펙트럼에 대하여 제2변조방식을 갖는다. 제3변조서브유닛(112) 내의 변조홀(6)은 모두 타원형이다. 상기 제3변조서브유닛(112)은 입력 스펙트럼에 대하여 제3변조방식을 갖는다. 제4변조서브유닛(113) 내의 변조홀(6)은 모두 삼각형이다. 상기 제4변조서브유닛(113) 내의 각 변조홀(6)은 구조 파라미터의 크기에 따라 주기적으로 행열에 따라 배열되며, 상기 제4변조서브유닛(113)은 입력 스펙트럼에 대하여 제4변조방식을 갖는다. 서로 다른 변조유닛(5)에서 동일한 위치의 변조서브유닛 구조는 동일하지만, 서로 다른 위치의 변조서브유닛은 서로 다르므로 각 변조서브유닛의 동일 입사광에 대한 변조작용은 서로 다르다. 각 변조서브유닛은 각각 이미지감지층(2)상의 하나의 감지서브유닛과 대응된다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 “서로 다른 파장을 갖는 광에 대해 임의의 변조방식을 갖는다” 는 것은 산란, 흡수, 투사, 반사, 간섭, 표면 플라즈몬 및 공진 등 작용을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 제1, 제2 및 제3 광변조방식은 서로 구별된다. 변조유닛(5) 내의 변조홀(6) 구조에 대한 설정을 통하여 서로 다른 유닛 사이의 스펙트럼 응답의 차이를 높일 수 있고, 유닛수를 증가하면 서로 다른 스펙트럼 사이의 차이의 감도를 높일 수 있다.

이해할 수 있는 것은, 서로 다른 입사 스펙트럼에 대하여 측정할 경우, 각 변조유닛(5) 내의 변조홀(6) 구조 파라미터를 변경하여 변조작용을 변경할 수 있다. 구조 파라미터의 변경은 2차원 그래픽 구조의 변조홀 배치 주기, 변조홀 반경 및 변조 유닛의 변의 길이, 듀티 사이클(duty cycle) 및 두께 등 각 파라미터 중의 하나 및 그들의 임의의 조합을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 그중, 듀티 사이클은 변조홀(6)의 면적과 변조유닛(5)의 전체 총 면적의 비이다.

본 실시예에서, 광변조층(1)은 두께가 200nm~500nm인 질화규소 플래트로 제조된다. 광변조층(1)에는 총 1000~250000개의 변조유닛(5)이 설치되고, 각 변조유닛(5)의 면적범위는 200μm²~40000μm²이다. 각 변조유닛(5) 내부는 여러가지 기하적 형상을 선택하여 변조홀(6)의 특정된 단면 형상으로 사용하고, 각 변조유닛(5) 내에는 동일 형상으로 주기적으로 배치되며, 그 듀티 사이클은 10%~90%이다. 기타 구조는 모두 실시예1 혹은 실시예2와 동일하다.

각 변조유닛(5)은 하방의 감지유닛과 하나의 픽셀 포인트를 구성한다. 알고리즘을 통하여 하나의 픽셀 포인트상의 각 파장의 강도 분포를 획득할 수 있다. 서로 다른 유닛의 동일 위치의 서브 모듈을 통합하여 픽셀 포인트의 동일 변조방식하의 이미지를 구성하며, 복수의 픽셀 포인트는 복수의 주파수 스펙트럼 정보를 포함하는 하나의 이미지를 구성한다.

실시예 4

본 실시예 4의 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법은 모두 실시예 3과 기본적으로 동일하고, 동일한 부분에 대하여 더 반복하여 설명하지 않으며, 서로 다른 부분은 아래와 같다. 각 변조유닛(5)에는 동일 구역의 변조서브유닛내에 그 어떤 변조홀(6)도 설치되지 않는다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1변조서브유닛(110), 제2변조서브유닛(111) 및 제3변조서브유닛(112)은 각각 어느 한 특정 파장을 갖는 광에 대하여 협대역 필터링 작용을 하지만, 제4변조서브유닛(113)에는 변조홀(6)이 설치되지 않아 입사광이 상기 제4변조서브유닛(113)의 구역을 직접 통과한다.

대응되게, 각 변조서브유닛의 하방에는 대응하는 감지서브유닛이 각각 설치되어, 광이 제1변조서브유닛(110), 제2변조서브유닛(111) 및 제3변조서브유닛(112) 각각의 협대역을 통과하여 필터링된 후, 대응하는 감지서브유닛내의 광 센서에 의해 각각 광도가 검출되지만, 제4변조서브유닛(113)을 통과하는 광은 협대역 필터링 작용이 존재하지 않기 때문에, 그 대응하는 감지서브유닛(9)에 의해 검출된 광도는 비교항으로 사용할 수 있다. 앞 3개 그룹의 광도는 제4그룹의 광도와 차분 처리되어 각 파장의 협대역 필터링을 거친 후의 광도를 획득할 수 있다. 이외, 제4변조서브유닛(113)을 설치함으로써 물체의 바운더리에 대해 포지셔닝하는데 사용될 수도 있다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 마이크로 통합 이미지 수집 칩(300)은 실시예 1의 변조유닛(5) 혹은 실시예 2의 변조유닛(5) 혹은 실시예3의 변조유닛(5) 혹은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 상기 변조유닛(5)의 임의의 조합을 사용할 수 있다.

실시예 5

상기 임의의 실시예의 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법을 기반으로 하여, 본 실시예 5는 이미지 수집 칩(300), 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법을 제공한다. 본 실시예5와 상기 각 실시예의 동일한 부분에 대하여 더 반복하여 설명하지 않으며, 서로 다른 부분은 다음과 같다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예 5의 이미지 수집 칩(300)은 투광매체층(4)을 더 포함하며, 상기 투광매체층(4)은 광변조층(1)과 이미지감지층(2) 사이에 위치한다. 구체적으로, 상기 투광매체층(4)의 두께는 50nm~1μm이고, 재료는 이산화규소일 수 있다.

본 실시예의 마이크로 통합 이미지 수집 칩(300)에서, 만약 광변조층(1)을 제조함에 있어서 직접 증착하여 성장시키는 공정 방안을 적용할 경우, 화학기상증착, 스퍼터링 및 스핀 코팅 등 방식을 통하여 이미지감지층(2)에 상기 투광매체층(4)을 커버한 후, 그 상방에서 광변조층(1) 부분의 증착, 에칭을 진행하면 된다. 만약 전사 공정 방안을 적용할 경우, 이산화규소를 광변조층(1)의 제조 기판으로 하고, 기판의 상반부에서 마이크로 나노 천공 가공을 통하여 광변조층(1)을 직접 제조한 후, 이산화규소 기판의 하반부를 직접 투광매체층(4)으로 하고, 제조한 광변조층(1)과 투광매체층(4) 이 두 부분 전체를 이미지감지층(2)으로 전사하면 된다.

이해할 수 있는 것은, 본 실시예의 투광매체층(4)은 또한 다음과 같이 설치할 수도 있다. 이미지감지층(2) 상방의 광변조층(1) 전체를 이미지감지층(2)에 대해 부상되도록 외부 지지 구조에 의해 지지되면, 광변조층(1)과 이미지감지층(2) 사이의 공기 부분이 투광매체층(4)으로 된다.

실시예 6

상기 임의의 실시예의 상기 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법을 기반으로 하여, 본 실시예 6은 진일보로 이미지 수집 칩(300), 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법을 제시한다. 본 실시예 6과 상기 각 실시예의 동일한 부분에 대하여 더 반복하여 설명하지 않으며, 서로 다른 부분은 다음과 같다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예 6의 이미지 수집 칩(300)에서 각 변조홀(6)은 모두 광변조층을 관통하지 않는다. 이해할 수 있는 것은, 변조홀(6)의 광변조층 관통 여부는 모두 광변조층(1)의 변조 작용에 불리한 영향을 끼치지 않는다. 이는 광변조층(1)에 사용한 실리카계 재료 혹은 기타 재료는 모두 투광성 재료이고, 스펙트럼이 광변조층(1)에 입사할 경우, 각 변조유닛(5) 구조의 영향을 받아 변조 작용을 일으키지만, 변조홀(6) 밑부분은 스펙트럼 변조에 불리한 영향을 주지 않기 때문이다.

본 실시예의 이미지 수집 칩(300)에서, 광변조층(1)의 변조홀(6) 밑부분에서 광변조층의 밑부분까지의 두께는 60nm~1200nm이고, 전체 광변조층의 두께는 120nm~2000nm이다.

실시예 7

상기 임의의 실시예의 상기 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법을 기반으로 하여, 본 실시예 7은 진일보로 이미지 수집 칩(300), 물체 이미징 인식 장치 및 물체 이미징 인식 방법을 제시한다. 본 실시예 7과 상기 각 실시예의 동일한 부분에 대하여 더 반복하여 설명하지 않으며 서로 다른 부분은 다음과 같다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예7의 이미지 수집 칩(300)에서, 광변조층(1)에 6개의 변조유닛(5)이 분포되어 있고, 이는 각각 제1변조유닛(11), 제2변조유닛(12), 제3변조유닛(13), 제4변조유닛(14), 제5변조유닛(15) 및 제6변조유닛(16)이다. 이중, 제1변조유닛(11), 제3변조유닛(13) 및 제4변조유닛(14)은 실시예3의 상기 변조유닛(5)의 주기 구조를 적용하여 설치하고, 제2변조유닛(12), 제5변조유닛(15) 및 제6변조유닛(16)은 실시예1의 상기 변조유닛(5)의 점진적 변화 구조를 적용하여 설치한다.

이해할 수 있는 것은, 스펙트럼 변조 수요에 근거하여, 대응하는 위치의 변조유닛(5)은 실시예1 내지 실시예4의 임의의 적절한 변조유닛(5)의 구조를 적용하여 설치할 수도 있다. 따라서, 본 실시예7의 광변조층(1)은 서로 다른 유닛 사이의 서로 다른 변조홀(6)의 특정된 단면 형상의 구별 및 동일 유닛 내 특정된 변조홀(6)의 배열방식을 이용하여, 변조홀(6)의 특정된 단면 형상, 변조홀(6)의 구조 파라미터 및 변조홀(6)의 배열 주기를 변화시켜 서로 다른 파장을 갖는 스펙트럼에 대해 서로 다른 변조 작용을 실현한다.

이해할 수 있는 것은, 실시예 1과 실시예 2의 점진적 변화식어레이 변조유닛(5)의 구조에 있어서, 임의로 구분된 변조유닛(5)은 스펙트럼에 대하여 모두 서로 다른 변조작용을 일으키며, 이론적으로 무한 그룹의 변조 후의 스펙트럼 샘플을 획득할 수 있으므로, 오리지널 스팩트럼을 재구성하기 위한 데이터량을 급속히 증가하며, 이는 광대역 스펙트럼의 스팩트럼 패턴에 대한 복구에 유리하다.

실시예 3과 실시예 4의 주기식 변조유닛(5)의 구조에 있어서, 그 주기 구조는 2차원 주기의 분산, 공진 작용을 발생시키며, 공진 작용은 광결정의 에너지밴드 제어 및 2차원 래스터의 공진 등 원리를 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 공진 작용을 통하여 특정 파장에 대한 검출 정밀도를 향상할 수 있다.

만약 상기 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4에서의 변조유닛(5)을 동시에 칩(300)에 적용할 경우, 상기 두가지 우세를 종합하여 나타낼 수 있다. 또한, 광변조층의 사이즈 범위를 컷할 시, 상기 3개 실시예의 이미지 수집 칩(300)은 모두 마이크로미터급 심지어 더 작은 구조로 제조될 수 있고, 이는 마이크로 통합 이미지 수집 칩(300)의 소형화 생산 및 사용에 매우 큰 의미가 있으며, 칩(300)의 전체 사이즈는 카메라 모듈에 상당하고, 1cmx1cmx0.4cm보다 작은 규격까지 제조할 수 있으며, 상기 칩(300)은 휴대폰, 팔찌 등 휴대용 이동 단말에 통합할 수 있다. 이외, 상기 광변조층(1)은 서로 다른 이미지센서로 구성된 이미지감지층(2)과 결합하여, 원칙적으로는 모든 주파대에 대한 스펙트럼 검출이 가능함으로, 이미지 수집 칩(300)의 광범위한 스펙트럼 검출 성능이 더욱 훌륭하게 된다.

실시예 8

상기 임의의 실시예의 상기 이미지 수집 칩(300) 및 물체 이미징 인식 장치의 구조, 원리, 물체 이미징 인식 방법과 칩 제조 방법을 기반으로 하여, 본 실시예 8은 진일보로 마이크로 스펙트럼 이미징 칩(300), 스펙트럼 이미징 장치와 스펙트럼 이미징 방법을 제시한다. 목표 물체(200)는 임의의 물체로 확장될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 우선, 가시광선에서 근적외선까지의 광범위한 스펙트럼 광원(100)을 목표 물체(200)에 조사하고, 그 다음 이미지 수집 칩(300)으로 반사광을 수집한다. 혹은, 광원(100)을 생략하고, 직접 목표 물체(200)에 의해 발광하여 이미지 수집 칩(300)에 조사함으로써 수집한다. 그 다음, 도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 입사광이 광변조층(1)에 입사되고 각 변조유닛(5)의 광변조 작용을 거친다. 이 과정에서, 각 변조유닛(5)상의 서로 다른 구역의 변조작용은 서로 다르며, 이에 따라 투과 스펙트럼도 서로 다르다. 또한 각 변조유닛의 하방에는 이미지감지층(2)상의 복수의 감지유닛(7)이 각각 대응되게 설치된다. 또한 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 여러 그룹 픽셀확인모듈의 대응되는 작용하에서, 도 4에서의 각 변조유닛(5)의 각 구역은 각각 도 5의 각 감지유닛(7)의 각 감지서브유닛(9)과 서로 대응되어, 각 감지서브유닛(9)에서 획득하는 투과 스펙트럼은 서로 달라, 각 변조서브유닛은 각 감지서브유닛(9)과 하나의 그룹의 픽셀확인서브모듈을 각각 구성할 수 있고, 각 서브모듈은 각각 하나의 픽셀 포인트 내의 일부 주파수 스펙트럼 정보를 인식할 수 있음으로, 각 구역의 서브모듈을 통합하면 하나의 픽셀 포인트의 복수의 주파수 스펙트럼 정보를 획득할 수 있는 것을 알수 있다. 추가적으로, 각 픽셀 포인트를 통합하면 상기 이미지의 모든 픽셀 포인트를 획득할 수 있고, 이에 근거하여 재구성을 통해 목표 물체 이미지를 획득할 수 있다. 이해할 수 있는 것은, 각 감지서브유닛(9)에 대응하는 변조유닛상의 2차원 그래픽 구조가 동일하므로, 이미지의 서로 다른 공간 위치의 광이 동일한 변조작용을 거친 후의 응답을 획득하고, 동일 주파수의 목표 물체 이미지를 획득할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명 각 실시예의 상기 이미지 수집 칩(300)은 광변조층(1), 이미지감지층(2) 및 적어도 2개 그룹의 픽셀확인모듈을 포함한다. 광변조층(1)은 이미지감지층(2)의 위에 위치하고, 각 그룹의 픽셀확인모듈은 모두 변조유닛(5)과 감지유닛(7)을 포함하며, 각 변조유닛(5)과 각 감지유닛(7)은 각각 광변조층(1)과 이미지감지층(2)에 상하로 대응되게 설치되고, 각 그룹의 픽셀확인모듈은 각각 스펙트럼에 대하여 광도 감지 검출을 진행함으로써, 각 픽셀 포인트의 픽셀 데이터를 각각 확정하여, 모든 픽셀 데이터를 통합함으로써 최종 출력 이미지를 구성한다. 상기 이미지 수집 칩(300)은 기존의 물체 이미징 인식 장치의 복잡하고 정밀한 분광소자와 과다한 이미지센서를 대체하고, 변조유닛(5)과 감지유닛(7)을 이용하여 스텍트럼에 대하여 각각 변조를 진행하여 광도를 감지함으로써, 정밀한 이미지 재구성 과정을 실현하여, 이미지 수집 칩(300)이 래스터, 프리즘, 반사경 혹은 기타 공간적 분광소자와 유사한 소자 없이 광도 감지 작업을 진행할 수 있도록 하여 물체 이미징 인식 장치의 체적을 대폭 축소하는 동시에 광도 감지의 정밀성을 향상시켜 물체 이미징 인식 장치로 하여금 측정 정밀도가 높고 휴대성이 좋고, 실시간 온라인 측정이 가능하며, 조작이 간단하고 성능이 안정적이고 제조원가가 낮은 등 장점을 구비하록 한다.

상기 이미지 수집 칩(300)의 각 변조유닛내에는 적어도 하나의 변조서브유닛이 각각 설치되고, 각 변조서브유닛내에는 광변조층(1) 내로 관통되는 복수의 변조홀(6)이 설치되며, 동일한 변조서브유닛 내의 각 변조홀(6)은 특정된 배치 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배치된다. 상기 칩(300)은 광전자공학에서의 변조유닛(5)의 배열에 기반하여 서로 다른 파장을 갖는 광에 대해 변조작용을 진행하며, 또한 각 변조유닛(5)에 복수의 변조서브유닛이 대응되게 함유됨으로써 복수의 스텍트럼의 물체 이미지 정보를 동시에 수집할 수 있어 스펙트럼 인식율을 제고하고 오인식율을 감소하며, 생물의 홍채 인식에 사용하면 생체검사를 위조 방지에 사용하는데 유리하여, 디사이퍼, 위조 난이도를 증가하는 동시에 콘택트렌즈, 컬러렌즈 및 서로 다른 광조사 조건으로 인한 간섭을 감소할 수 있으며, 기존의 물체 이미징 인식 장치의 가격이 비싸고 소형화가 불가능한 문제를 극복할 수 있다.

본 발명의 실시예는 예시하고 설명하는 목적으로 제공할 뿐, 본 발명을 누락없이 보여주었거나 또한 공개한 부분에만 한정하려는 것은 아니다. 이 에 대한 수정 및 변화는 당업자에게 있어서 자명한 것이다. 실시예를 선택하여 설명하는 것은 본 발명의 원리와 실제 응용에 대하여 더 잘 설명하고 당업자가 본 발명을 이해하여 특정 용도에 적합한 여러가지 수정 가능성을 가진 각종 실시예를 설계할 수 있게 된다.

본 발명의 설명 과정에서, 특별한 설명이 없는 한, “복수”와 “여러개”의 의미는 모두 2개 혹은 2개 이상을 말하며, “결함형상”의 의미는 단면이 수평을 이루는 상태를 제외한 형상을 말한다. 용어 “상”, “하”, “좌”, “우”, “내”, “외”, “앞단”, “후단”, “헤드부”, “하부” 등이 표시하는 방위 혹은 위치 관계는 도면에 도시된 방위 혹은 위치 관계에 기반한 것이며, 본 발명을 설명하기 쉽고 간략하게 설명하기 위한 것이지 설명하려는 장치 혹은 부재가 반드시 그 특정된 방위를 갖고 특정된 방위로 구성되어 작동되어야 하는 것을 의미하거나 암시하는 것은 아니다. 따라서 본 발명에 대해 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 이외, 용어 “제1”, “제2”, “제3” 등은 목적을 설명하려는 것이지 상대적인 중요성을 의미하거나 암시하는 것으로 이해해서는 안된다.

본 발명의 설명에서 유의해야 할 것은, 특별히 규정하거나 한정하지 않는 한, 용어 “안착”, “서로 연결”, “연결”은 넓은 의미로 이해해야 한다. 예를 들면, 고정연결일 수 있고 탈착가능한 연결일 수도 있으며, 혹은 일체형 연결일 수 있고 기계적인 연결일 수 있으며 전기적인 연결일 수 있고 직접적인 연결일 수도 있으며 중간 매질을 통한 간접적인 연결일 수도 있다. 당업자에게 있어서 구체적인 상황에 따라 상기 용어가 본 발명에서 나타내는 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

100: 광원 200: 이미징 대상 물체
300: 이미지 수집 칩 1': 기판
1: 광변조층 2: 이미지감지층
3: 신호처리회로층 4: 투광매체층
5: 변조유닛 6: 변조홀
7: 감지유닛 8: 간격
9: 감지서브유닛 11: 제1변조유닛
12: 제2변조유닛 13: 제3변조유닛
14: 제4변조유닛 15: 제5변조유닛
16: 제6변조유닛 110: 제1 변조서브유닛
111: 제2변조서브유닛 112: 제3변조서브유닛
113: 제4변조서브유닛

Claims

광변조층, 이미지감지층 및 적어도 2개 그룹의 픽셀확인모듈을 포함하고, 상기 광변조층은 이미지감지층의 위에 위치하며, 각 그룹의 상기 픽셀확인모듈은 모두 변조유닛과 감지유닛을 포함하고, 상기 각 변조유닛과 상기 각 감지유닛은 각각 상기 광변조층과 이미지감지층에 상하로 대응되게 설치되며;
그 중, 상기 각 변조유닛내에 적어도 하나의 변조서브유닛이 각각 설치되고, 상기 각 변조서브유닛 내에는 상기 광변조층 내로 관통되는 여러개의 변조홀이 각각 설치되며, 상기 동일한 변조서브유닛 내의 상기 각 변조홀은 특정된 배치 규칙을 갖는 2차원 그래픽 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제1항에 있어서,
상기 2차원 그래픽 구조의 특정된 배치 규칙은,
상기 동일 2차원 그래픽 구조 내의 모든 상기 변조홀은 동일한 특정된 단면 형상을 동시에 갖고, 상기 각 변조홀은 구조 파라미터 크기가 점진적으로 변화되는 순서에 따라 어레이 배치되고; 및/또는
상기 동일 2차원 그래픽 구조 내의 상기 각 변조홀은 각각 특정된 단면 형상을 갖고, 상기 각 변조홀은 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제2항에 있어서,
상기 각 변조홀은 특정된 단면 형상에 따라 조합되어 배열될 경우, 상기 배열되는 순서는 사전 설정된 주기 순서로 행에 따라 혹은 열에 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제1항에 있어서,
상기 각 변조유닛의 동일 위치의 상기 변조서브유닛 내에는 변조홀이 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제1항에 있어서,
상기 변조홀의 밑부분은 상기 광변조층을 관통하거나 혹은 상기 광변조층을 관통하지 않는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지감지층의 하측에 연결되어 상기 각 감지유닛 사이를 전기적으로 연결하는 신호처리회로층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제6항에 있어서,
상기 감지유닛은 적어도 하나의 감지서브유닛을 포함하고, 상기 각 감지서브유닛은 매트릭스로 배열되며, 상기 각 감지서브유닛 내에는 적어도 하나의 이미지센서가 각각 설치되고, 상기 모든 감지서브유닛 사이는 상기 신호처리회로층을 통하여 각각 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광변조 마이크로 나노 구조와 이미지감지층 사이에 위치하는 투광매체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 수집 칩.
스펙트럼이 이미징 대상 물체를 거친 후 입사광으로 이미지 수집 칩에 입사하도록, 이미징 대상 물체를 향해 스펙트럼을 방출하기 위한 광원; 및
상기 이미징 대상 물체의 동일 측에 상기 광원과 동시에 설치되고, 각 그룹의 픽셀확인모듈을 이용하여 상기 입사광에 대하여 각각 광변조를 진행하여 적어도 2개의 변조 후의 스펙트럼을 획득하여, 상기 각 변조 후의 스펙트럼의 광도에 대하여 감지 검출을 진행함으로써 각 픽셀 포인트를 각각 확정하기 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 이미지 수집 칩;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 이미징 인식 장치.
제9항에 따른 상기 물체 이미징 인식 장치를 기반으로 하여 제시하는 이미징 대상 물체 인식 방법에 있어서,
상기 스펙트럼이 상기 이미징 대상 물체를 거친 후 입사광으로 이미지 수집 칩 에 입사하도록, 광원을 이용하여 이미징 대상 물체를 향해 스펙트럼을 방출하는 단계;
상기 이미지 수집 칩의 각 그룹의 픽셀확인모듈을 이용하여 상기 입사광에 대하여 각각 광변조를 진행하여 여러개의 변조 후의 스펙트럼을 획득하여, 상기 각 변조 후의 스펙트럼의 광도에 대하여 감지 검출을 진행함으로써 각 그룹의 픽셀 데이터를 각각 확정하는 단계; 및
상기 모든 픽셀 데이터를 통합하여 출력 이미지를 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 대상 물체 인식 방법.