(57)【要約】画像取得装置および指紋取得装置が開示される。画像取得装置は、透明板（１１）と、透明板（１１）の下に配置された画像センサ（１２）と、透明板（１１）の上面に配置された遮光層（１３）とを含む。遮光層（１３）には、複数の光透過ピンホール（１４）が設けられており、光透過ピンホール（１４）の像側画角は、λ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であり、ｎ２＞ｎ１である。隣接する光透過ピンホール（１４）の中心間の距離ｄは、光透過ピンホール（１４）の画像側視野の直径Ｄｉｍａｇｅ以上である。画像取得装置は、異なる屈折率を有する透明媒体を使用することによって、光透過ピンホール１４の像側視野のサイズを制限する。光透過ピンホール（１４）を担持する光遮断層（１３）の厚さは、撮像画素の既存の視野絞りの厚さよりもずっと小さいので、画像取得装置をずっと薄くすることができる。また、遮光層（１３）上の光透過ピンホール（１４）のエッチングは、視野絞りを製造する工程よりも容易であるため、画像取得装置を低コストで容易に製造することができる。【選択図】図２
2019517082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像取得装置であって、透明板と、前記透明板の下に配置されたイメージセンサと、前記透明板の上面に配置された遮光層とを備え、
前記遮光層には複数の光透過ピンホールが設けられ、前記光透過ピンホールの像側画角は、λ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であり、ｎ１は前記光遮断層上の媒体の屈折率であり、ｎ２は前記透明板の屈折率であり、ｎ２＞ｎ１であり、
隣接する光透過ピンホールの中心間の距離ｄは、前記光透過ピンホールの像側視野の直径Ｄｉｍａｇｅ以上であり、Ｄｉｍａｇｅ＝２ｈ１×ｔａｎλであり、ｈ１は前記透明板の厚さである、
画像取得装置。
【請求項２】
異なる屈折率を有する透明媒体層を使用することによって制限されるピンホール撮像のための視野のサイズを有する画像取得装置であって、
イメージセンサと、
前記イメージセンサ上に配置され、複数の光透過ピンホールを有する遮光層と、
前記遮光層と前記イメージセンサとの間に配置される１つの透明媒体層または複数の透明媒体層、および前記遮光層上に配置される１つの透明媒体層または複数の透明媒体層と、を備え、
少なくとも１つの媒体層の屈折率は、残りの透明媒体層の屈折率よりも小さく、
前記光透過ピンホールによって前記イメージセンサ上に形成される像側視野のサイズは、制限された値を有する、
画像取得装置。
【請求項３】
前記最小の屈折率を有する前記透明媒体層は、真空層または空気層である、請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の画像取得装置を備える指紋取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は２０１６年５月２５日に国家知的所有権庁に出願された「画像取得装置および指紋取得装置」と題する中国特許出願第２０１６１０３５３１２２．８号、および２０１７年２月１４日に国家知的所有権庁に出願された「画像取得装置および指紋取得装置」と題する中国特許出願第２０１７１００７７４３４．５号の優先権を主張し、これらはその全体が基準値により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本出願は、画像取得技術の分野に関し、特に、画像取得装置及び該画像取得装置を用いた指紋取得装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景技術
本出願人が本出願に先立って出願した特許出願では、画像取得装置内の撮像画素の画像側視野を互いに重複させないために、各撮像画素の画角を限定する必要がある。図１は、従来の用途における指紋取得機能を有する表示スクリーンの概略構造図である。図１に示すように、表示画面は、表示カバープレート０１と、表示カバープレート０１の下に配置された表示画素０２および撮像画素０３と、撮像画素０３と表示カバープレートとの間に配置された視野絞り０４とを含む。撮像画素の画角は、視野絞り０４によって規定される。視野絞り０４は、遮光枠０５と、遮光枠０５の筐体によって形成される絞り開口０６とを含む。絞り開口０６の画角は、撮像画素０３の画角を決定する。
【０００４】
視野絞りを用いて画角を制限する場合、視野絞りを厚くする必要があるため、視野絞りを用いて作製される画像取得装置も厚くなる。しかしながら、電子機器は現在非常に薄いことが要求されているため、厚い画像取得装置は、電子機器の設置および適用要件を満たすことができない。また、視野絞りの製造工程が複雑になるため、画像取得装置の製造コストが高くなる。
【発明の概要】
【０００５】
視野絞りを使用する既存の画像取得装置が厚く、高い製造コストを必要とするという課題を解決するために、本出願は、新しい画像取得装置を提供する。さらに、本出願は、画像取得装置を用いた指紋取得装置を提供する。
【０００６】
本出願は、透明板と、透明板の下に配置された画像センサと、透明板の上面に配置された遮光層とを含む画像取得装置を提供する。遮光層には複数の光透過ピンホールが設けられており、光透過ピンホールの像側画角は、λ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であり、ｎ１は遮光層上の媒質の屈折率、ｎ２は透明板の屈折率、ｎ２＞ｎ１である。隣接する光透過ピンホールの中心間の距離ｄは光透過ピンホールの像側視野の直径Ｄｉｍａｇｅ以上であり、ここで、Ｄｉｍａｇｅ＝２ｈ１×ｔａｎλであり、ｈ１は透明板の厚さである。
【０００７】
本出願は、イメージセンサと、イメージセンサ上に配置され、いくつかの光透過ピンホールを有する光遮断層と、光遮断層とイメージセンサとの間に配置された１つまたは複数の透明媒体層と、光遮断層上に配置された１つまたは複数の透明媒体層と、を含む別の画像取得装置を提供する。少なくとも１つの透明媒体層の屈折率は、残りの透明媒体層の屈折率よりも小さい。光透過ピンホールによってイメージセンサ上に形成される像側視野の大きさは、制限された値を有する。
【０００８】
任意選択で、最小の屈折率を有する透明媒体層は、真空層または空気層である。
【０００９】
本出願はさらに、前述の画像取得装置を含む指紋取得装置を提供する。
【００１０】
本願において提供される画像取得装置は、異なる屈折率を有する透明媒体を使用することによって、光透過ピンホールの画像側視野のサイズを制限する。光透過ピンホールを有する遮光層の厚さは撮像画素の既存の視野絞りの厚さよりもずっと小さいので、本出願において提供される画像取得装置は、ずっと薄くすることができる。また、遮光層の光透過ピンホールのエッチングは、視野絞りの製造工程よりも容易であるため、本願の画像取得装置を低コストで容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
先行技術または本出願における技術的解決策をより明確に説明するために、以下は、先行技術または本出願の特定の実施形態と組み合わせて使用される添付図面を簡単に説明する。明らかに、特定の実施と組み合わせた以下の添付の図面は本出願の実施形態を容易に理解することのみを意図しており、当業者は創造的な努力なしに、これらの添付の図面から他の図面を導き出すことができる。
【００１２】
【図１】図１は、先の特許出願における指紋取得機能を有する表示スクリーンの概略構造図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る画像取得装置の概略構成図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の別の画像取得装置を示す概略構成図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る画像取得装置の概略構成図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る画像取得装置を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、０１ａはディスプレイカバープレート、０２ａはディスプレイ画素、０３ａは撮像画素、０４ａは視野絞り、０５ａは遮光枠、０６ａは絞り開口である。
【００１４】
図２および図３において、１１ａは透明板、１２ａはイメージセンサ、１３ａは遮光層、１４ａは光透過ピンホール、１５ａは撮像画素である。
【００１５】
図４および図５において、２１はイメージセンサ、２２ａは遮光層、２３は第１の透明媒体層、２４は第２の透明媒体層、２５ａは第３の透明媒体層、２６ａは第４の透明媒体層、および２７ａは光透過ピンホールである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本出願における技術的解決策を当業者がよりよく理解できるようにするために、本出願の実施形態における技術的解決策を、添付の図面を参照して明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施本願の実施形態の全てではなく、単に一部のみである。創造的な努力なしに、本出願の実施形態に基づいて当業者によって得られる全ての他の実施形態は、本出願の保護範囲に入るものとする。
【００１７】
第１の実施形態
図２は、第１の実施形態に係る画像取得装置の概略構成図である。図２に示すように、画像取得装置は、透明板１１と、透明板１１の下方に配置されたイメージセンサ１２と、透明板１１上に配置された遮光層１３とを備えている。イメージセンサ１２には、複数の撮像画素１５が設けられている。遮光層１３には、複数の光透過ピンホール１４が設けられている。
【００１８】
遮光層１３は、不透明な材料からなる。遮光層１３は、遮光膜であることが好ましい。実際の処理では、透明板１１上に遮光層１３を気相蒸着法や電気めっき法により塗布し、遮光層１３上の光透過ピンホール１４をエッチングにより形成してもよい。実際のアプリケーション時には、遮光層１３の厚さは１００μｍ未満である。
【００１９】
本実施形態では、各光透過ピンホール１４の像側画角は、λ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であり、ｎ１は遮光層１３上の媒体の屈折率であり、ｎ２は透明板１１の屈折率であり、ｎ１＜ｎ２である。実際の適用時には、透明板１１の上の媒体の層は、通常空気層であり、透明板１１は、光学分野において一般的な光透過材料である。
【００２０】
本実施形態では、透明板１１の厚さをｈ１とし、各光透過ピンホール１４によってイメージセンサ１２に形成される像側視野の直径をＤｉｍａｇｅ＝２ｈ１×ｔａｎλとする。光透過ピンホール１４はアレイ状に配置され、隣接する光透過ピンホール１４の中心間の距離ｄは、光透過ピンホール１４の像側視野の直径Ｄｉｍａｇｅ以上である。
【００２１】
本実施形態の画像取得装置による画像取得の技術的解決策を当業者がより簡便に理解できるようにするために、本願の画像取得装置の原理を以下に詳細に説明する。
【００２２】
図２に示すように、光は、透明板１１の外側の媒体から透明板１１に入射角Ａ、射出角Ｂで進行し、光の屈折の法則によれば、ＡとＢの関係は、ｓｉｎＡ／ｓｉｎＢ＝ｎ２／ｎ１である。入射角Ａが９０度の最大値を有する場合、射出角Ｂの最大値、すなわち像側画角の最大値はλである。すなわち、ｎ１＜ｎ２を前提として、射出角度はλ以下であり、透明板１１の厚さｈ１が決定されることを前提として、各光透過ピンホール１４は、制限された像側視野を有しており、像側視野の直径は、Ｄｉｍａｇｅ＝２ｈ１×ｔａｎλである。
【００２３】
隣接する光透過ピンホール１４の中心間の距離ｄがＤｉｍａｇｅ以上であるため、異なる光透過ピンホール１４の像側視野は重ならない。したがって、各光透過ピンホール１４を通過する光は、イメージセンサ１２上に鮮明な画像を形成することができる。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態では、各光透過ピンホール１４の像側視野は、１つの撮像画素１５のみに対応していてもよい。図３は、第１の実施形態に係る他の画像取得装置の概略構成図である。図３に示すように、他の実施形態では、光透過ピンホール１４の像側視野が互いに重ならないことを前提として、各光透過ピンホール１４の像側視野は、複数の撮像画素１５に対応していてもよい。
【００２５】
本実施形態では、遮光層１３上の様々な方向からの光は、全て光透過ピンホール１４に透過することができ、透明板１１で屈折された後、透明板１１における光の出射角（すなわち、光透過ピンホール１４の像側画角）は、λの範囲内に制限される。
【００２６】
以上の技術的解決策から、本実施形態の画像取得装置は、透明板１１と、透明板１１上に配置され、光透過ピンホール１４がエッチングされた遮光層１３とを含むことがわかる。透明板１１の屈折率は遮光層の上方の媒体の屈折率よりも大きいので、イメージセンサ１２の光透過ピンホール１４の像側視野は、所定の範囲に制限される。光透過ピンホール１４間の距離ｄは、光透過ピンホール１４の像側視野の直径Ｄｉｍａｇｅ以上であるため、隣接する光透過ピンホール１４の像側視野は、互いに重ならない。遮光層１３の厚さは従来技術で設けられた視野絞りの厚さよりもはるかに小さいので、本実施形態の画像取得装置ははるかに薄くすることができる。また、遮光層１３上の光透過ピンホール１４に対するエッチングは、視野絞りの製造よりも容易であるため、画像取得装置を低コストで容易に製造することができる。
【００２７】
第２の実施形態
図４は、第２の実施形態に係る画像取得装置の概略構成図である。図４に示すように、本実施形態の画像取得装置は、イメージセンサ２１と、第１透明媒体層２３と、遮光層２２と、第２透明媒体層２４と、第３透明媒体層２５と、第４透明媒体層２６と、を下から上に向かって備えている。第１透明媒体層２３の厚さはｈ１である。
【００２８】
遮光層２２は不透明な材料からなり、その表面に複数の光透過ピンホール２７が設けられている。実際の処理では、遮光層２２を気相蒸着法や電気めっき法により作製し、遮光層２２上の光透過ピンホール２７をエッチングにより形成してもよい。
【００２９】
光の屈折の法則によれば、屈折率ｎＡの媒体Ａから屈折率ｎＢの媒体Ｂに透過する際に光が屈折し、ｓｉｎθＡ／ｓｉｎθＢ＝ｎＢ／ｎＡであり、θＡは入射角、θＢは射出角である。
【００３０】
ｎＢ＜ｎＡの場合、媒体Ａから媒体Ｂに光が伝わる入射角がθＡ≧ａｒｃｓｉｎ（ｎＢ／ｎＡ）である場合、全反射が生じる。この条件を全反射条件と呼ぶ。
【００３１】
ｎＢ＞ｎＡの場合、光が媒体Ａから媒体Ｂに伝播した後の出射角はθＢ＜ａｒｃｓｉｎ（ｎＡ／ｎＢ）であり、これは明らかに９０°未満である。この条件は、制限出射角条件と呼ばれる。
【００３２】
特に断らない限り、これらの定義は他の実施形態にも適用可能である。
【００３３】
本実施形態では、第３の透明媒質層２５の屈折率はｎ１であり、第１の透明媒質層２３、第２の透明媒質層２４および第４の透明媒質層２６の屈折率はｎ２であり、ｎ１＜ｎ２である。
【００３４】
光が第４の透明媒体層２６から第３の透明媒体層２５に進むとき、全反射条件に従って、ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）未満の入射角を有する光のみが、第４の透明媒体層２６を通って第３の透明媒体層２５に透過され、他の光は第３の透明媒体層２５に透過されずに、第４の透明媒体層２６に全反射される。したがって、第３の透明媒体層２５と第４の透明媒体層２６との界面は、光をフィルタするように機能するので、設定された条件を満たす光のみを第３の透明媒体層２５に透過させることができる。
【００３５】
制限出射角度条件によれば、光は第３の透明媒体層２５から第２の透明媒体層２４へ進むときに屈折され、光の射出角度はａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）より小さい。図４に示されるように、第２の透明媒体層２４を通る光は、部分的に、光透過ピンホール２７を通って第１の透明媒体層２３内に進む。第１透明媒質層２３と第２透明媒質層２４とは同じ屈折率を有するため、光透過ピンホール２７の像側画角λは、ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）に制限される。
【００３６】
上述したように、第１の透明媒体層２３の厚さはｈ１である。したがって、光透過ピンホール２７によってイメージセンサ２１上に形成される像側視野の直径は、Ｄｉｍａｇｅ＝２ｈ１×ｔａｎλとなり、光透過ピンホール２７によってイメージセンサ２１上に形成される像側視野は、制限された値となる。
【００３７】
遮光層２２の厚さは既存の視野絞りよりもはるかに薄いため、本実施形態の画像取得装置の厚さは、視野絞りを用いた画像取得装置の厚さよりもはるかに薄くすることができることがわかる。また、遮光層２２上の光透過ピンホール２７をエッチングする工程は、視野絞りの製造工程よりも容易であるため、本実施形態の画像取得装置を低コストで容易に製造することができる。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態では、画像取得装置の厚さをさらに薄くするために、遮光層２２に複数の光透過ピンホールを設け、隣接する光透過ピンホール２７間の距離ｄをＤｉｍａｇｅ以上とする。隣り合う光透過ピンホール２７間の距離ｄがＤｉｍａｇｅ以上であるため、隣り合う光透過ピンホール２７の像側視野は重ならない。
【００３９】
もちろん、他の実施形態の画像取得装置では、遮光層２２上の光透過ピンホール２７の数を１つとしてもよい。
【００４０】
光透過ピンホール２７の画像側視野をより効果的に閉じ込めるために、通常、第３の透明媒体層２５の屈折率は、他の透明媒体層の屈折率よりもはるかに小さいことが望ましい。したがって、第３の透明媒体層２５は、真空層または空気層であることが好ましい。
【００４１】
同じ屈折率を有する第１の透明媒体層２３、第２の透明媒体層２４、および第４の透明媒体層２６は、単に本出願の好ましい実施形態であることに留意されたい。他の実施形態では、それらの屈折率は互いに異なっていてもよく、これは画像取得装置の機能の実現に影響を及ぼさない。
【００４２】
また、他の実施形態では、必要に応じて透明媒体層の数や厚さを調整してもよい。例えば、第２透明媒体層２４は、遮光層２２が第３透明媒体層２５に直接隣接するように除去されるか、第４透明媒体層２６が除去されるか、第２透明媒体層２４と第４透明媒体層２６の両方が除去されるか（この場合、第３透明媒体層２５が空気層である場合、画像取得装置の構造は第１実施形態により提供される画像取得装置の構造と同じである）、又は各透明媒体層は１つ又は複数の透明媒体サブ層を含んでもよい。
【００４３】
第３の実施形態
図５は、第３の実施形態に係る画像取得装置の概略構成図である。図５に示すように、本実施形態は、図４に対応する実施形態と構造及び機能が基本的に同じであるが、本実施形態における第２の透明媒体層２４及び第３の透明媒体層２５は、遮光層２２の下に配置されている点が異なる。図５に示すように、光透過ピンホール２７によってイメージセンサ２１上に形成される像側視野も制限された値となる。
【００４４】
もちろん、他の実施形態において、透明媒体層の数およびその厚さは、必要に応じて調整され得る。例えば、遮光層は、画像取得装置全体の上面に配置されるように、第１の透明媒体層２３が除去されてもよく、または第２の透明媒体層２４が除去されてもよく、または第１の透明媒体層２３および第２の透明媒体層２４の両方が除去されてもよく、または第４の透明媒体層２６が除去されてもよく、または各透明媒体層は、１つまたは複数の透明媒体サブ層を含んでもよい。
【００４５】
上記画像取得装置に加えて、本出願の実施形態は、上記画像取得装置を用いた指紋取得装置をさらに提供する。
【００４６】
以上、本願の実施形態における画像取得装置及び指紋取得装置について詳細に説明した。本出願の原理および実施は、本明細書の特定の実施形態を使用することによって説明される。実施形態の前述の説明は、本出願の核心となるアイデアの理解を助けることのみが意図される。創造的な努力なしに、本出願の原理の範囲内で当業者によって得られる全ての他の実施形態は、本出願の保護範囲内に入るものとする。
【図１】
2019517082.tif 000003
【図２】
2019517082.tif 000004
【図３】
2019517082.tif 000005
【図４】
2019517082.tif 000006
【図５】
2019517082.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月18日(2019.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像取得装置であって、透明板と、前記透明板の下に配置されたイメージセンサと、前記透明板の上面に配置された遮光層とを備え、
前記遮光層には複数の光透過ピンホールが設けられ、前記光透過ピンホールの像側画角は、λ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）であり、ｎ１は前記光遮断層上の媒体の屈折率であり、ｎ２は前記透明板の屈折率であり、ｎ２＞ｎ１であり、
隣接する光透過ピンホールの中心間の距離ｄは、前記光透過ピンホールの像側視野の直径Ｄｉｍａｇｅ以上であり、Ｄｉｍａｇｅ＝２ｈ１×ｔａｎλであり、ｈ１は前記透明板の厚さである、
画像取得装置。
【請求項２】
画像取得装置であって、
イメージセンサと、
前記イメージセンサ上に配置され、複数の光透過ピンホールを有する遮光層と、
前記遮光層と前記イメージセンサとの間に配置される１つの透明媒体層または複数の透明媒体層、および前記遮光層上に配置される１つの透明媒体層または複数の透明媒体層と、を備え、
前記複数の透明媒体層の少なくとも１つの媒体層の屈折率は、前記複数の透明媒体層の残りの透明媒体層の屈折率よりも小さく、
前記光透過ピンホールによって前記イメージセンサ上に形成される像側視野のサイズは、制限された値を有する、
画像取得装置。
【請求項３】
隣接する光透過ピンホールの中心間の距離は、前記光透過ピンホールの前記像側視野のサイズ以上であり、前記光透過ピンホールによる前記イメージセンサ上に形成される前記像側視野は、互いに重複しない、請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
残りの透明媒体層の屈折率未満の屈折率を有する前記少なくとも１つの透明媒体層は、真空層または空気層である、請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項５】
請求項２に記載の画像取得装置を備える指紋取得装置。
【国際調査報告】
2019517082.tif 000008
2019517082.tif 000009
2019517082.tif 000010
2019517082.tif 000011