光学成像设备制造技术

技术编号:19122576 阅读:25 留言:0更新日期:2018-10-10 05:26
一种光学成像设备(100),包括:基本上为点光源的阵列(104);与该光源阵列相交错的光电探测器阵列(106);光学介质,该光学介质的厚度大于光电探测器的间距且该光学介质形成采集表面和检测表面;用于依次接通和关闭部分光源中的每一个光源且读取接收光线的一部分光电探测器的装置,该光线来自被接通的光源且已经在采集表面发生反射,同时形成根据该光学介质和待成像元件所估算的入射角。

【技术实现步骤摘要】
光学成像设备
本专利技术涉及光学成像设备领域,且特别地涉及指纹传感器领域,该指纹传感器被配置用于光学地采集图像,也就是说,该指纹传感器能够检测光。
技术介绍
众所周知,在光学地采集图像的指纹传感器中,使用在透明衬底上产生的有机发光二极管(OLED,有机发光二极管)类型的光源以及诸如二极管之类的光电探测器来读取信号。考虑到传感器所需的分辨率通常为至少500ppi(像素每英寸),将光电探测器(例如PIN二极管)和光源(例如有机发光二极管)与它们的控制晶体管集成在同一像素中是相当困难的。存在下述指纹传感器,其中指纹图像的采集是在指定为“近场”的配置中进行的,在该配置中,印迹被成像的手指必须位于距传感器的测量装置很近的距离处(按所需分辨率的数量级,例如对于分辨率等于500ppi的传感器,该距离约为50μm)。文献US2015/0331508A1描述了一种可以形成这种传感器的设备。然而,将手指定位在距传感器的测量装置非常近的距离处的这种必要性是一个重要的缺陷,因为在这种情况下,不可能在传感器和印迹被成像的手指之间插入具有足够厚度的例如玻璃板的保护元件来确保传感器的电子器件的良好保护。为了避免手指和传感器的这种接近,例如,可以在传感器和手指之间插入诸如在文献US6259108B1中所描述的透镜或光纤之类的光学装置,该光学装置使得可以在手指和传感器之间引导光线。然而,这在技术上和经济上都是非常受限的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提出一种成像设备,该成像设备被配置用于在不在近场的配置中对待成像元件实施光学检测,也就是说,该成像设备与存在于所述待成像元件和所述成像设备的电子元件(光电探测器和光源)之间的厚保护元件相兼容,该成像设备在所述待成像元件和所述成像设备的光电探测器之间不需要存在光学引导装置。为此,本专利技术提出了一种光学成像设备,其至少包括:-基本上为点的光源的阵列,所述光源的阵列在衬底上产生且形成显示屏;-光电探测器的阵列,所述光电探测器的阵列在所述衬底上产生且与所述光源的阵列相互交错;-光学介质,所述光学介质的厚度大于所述光探测器的阵列中的光电探测器的间距,所述光学介质覆盖所述光源和所述光电探测器且形成采集表面和基本上与所述采集表面平行的检测表面,意图由所述光源发射的光能够传播通过所述光学介质,待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面,所述光源的阵列和所述光电探测器的阵列被布置成抵靠所述检测表面;-控制和读取装置,或控制器和读取器(或读取装置),其被配置用于依次接通和关闭一部分光源中的每一个光源,以及在所述一部分光源中的每一个光源接通期间,读取旨在接收光线的至少一部分光电探测器,所述光线来自被点亮的所述光源且已经在所述采集表面经历至少一次反射,同时与所述采集表面形成其值位于第一极限折射角的值和第二极限折射角的值之间或者其值等于所述第一极限折射角的值或所述第二极限折射角的值的入射角,所述第一极限折射角的值是通过所述光学介质的光学指数和所述待成像元件所处的大气的光学指数来限定的,所述第二极限折射角的值是通过所述光学介质的光学指数和其值大于所述光学介质的光学指数值且小于或等于所述待成像元件的光学指数值的附加光学指数来定义的。所述光电探测器的间距对应于分隔布置在所述光电探测器阵列的同一行或同一列上的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离。该间距例如约等于50μm。在这种情况下,所述光学介质可以具有大于50μm的厚度。当光电探测器阵列不是以恒定间距产生时,例如当分隔布置在该阵列的同一行的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离与分隔布置在该阵列的同一列的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离不同时,或者当分隔布置在该阵列的同一行或同一列上的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离从一行到另一行或从一列到另一列不同时,或者甚至于当该距离在阵列的同一行或同一列中变化时,被认为限定所述光学介质的最小厚度的间距是具有在所述光电探测器阵列内存在的不同间距中的最大值的间距。在该成像设备中,光源通过光学介质以基本上各向同性的方式发射光线。对于相对于所述采集表面形成如上所定义的第一极限折射角和第二极限折射角之间的入射角的光线,当这些光线中的一部分光线到达的外部介质对应于外部环境或待成像元件所在的大气(空气)时,该部分光线被所述光学介质与该设备外部的介质之间的界面(即在采集表面所在的平面处)反射,而当其他光线所到达的外部介质对应于待成像元件时,这些其他光线穿过该界面(受抑全反射现象)。包括将要由所述光电探测器检测的信息的所反射光线与由所述第一极限折射角和所述第二极限折射角所界定的光线相对应。通过一个接一个地依次接通该阵列的一部分光源,可获得由位于被这些所反射光线照亮的区域中的光电探测器所检测的待成像元件的部分图像。因此,可以基于这些部分图像来构建待成像的元件的期望的最终图像。明智地,该成像设备使用厚光学介质,该光学介质既用于光线从光源直到光电探测器(经由采集表面上的反射)的传播,又用于保护所述成像设备的电子元件(特别是光源和光电探测器)。有利地,所述光学介质可对应于显示屏的玻璃板。该屏幕的像素中的至少一部分光源可以形成所述成像设备的光源(并非该屏幕的所有光源都必须用于产生不同的图像采集)。由于具有作为光学介质的、与屏幕的标准保护玻璃对应的玻璃的成像设备完美地起作用,因此在该成像设备中,不需要在光电探测器阵列的位置处对该玻璃板进行打薄处理。另外,由于所述光学介质形成该成像设备的一部分且不干扰其操作,因此厚光学介质的存在不会造成所采集的图像中精度的损失。另外,由于根据光学介质内的光线的路径(由于采集表面的反射)自然地获得光学放大倍率,因此所获得的待成像元件的最终图像的分辨率大于用以产生光电探测器阵列的分辨率,因此,所述成像设备中不存在专用的放大光学器件。例如,当光源和光电探测器被布置在同一平面内时,例如在同一衬底上产生时,可获得等于2的光学放大倍数(例如,通过分辨率等于500ppi的光电探测器阵列,使用该成像设备所获得的图像相当于以等于1000ppi的初始分辨率采集的图像)。也可以容易地获得约为2000ppi或大于2000ppi的图像分辨率。光线在采集表面的反射对应于全反射。另外,光线的光路径非常短。因此,光电探测器接收大量光,由于光电探测器提供了更好的信号,这使得可以以例如具有小尺寸和/或使用1T类型读取架构(每个二极管由单个晶体管控制)的光电二极管的形式来产生光电探测器。因此,光电探测器需要很小的生产空间,这为在与光电探测器相同的衬底上产生光源预留了空间。当像素的采集区域的尺寸比光源的发射表面的尺寸大至少两倍、或者甚至至少三倍,且优选地大十倍时,光源基本上为点光源。特别地,该成像设备适于形成指纹传感器,该待成像的元件对应于皮肤。另外,所述待成像元件所处的大气可对应于空气。考虑到光源基本上为点光源,待成像元件的用于接收相对于采集表面形成第一极限折射角和第二极限折射角之间的入射角的光线的部分具有环形形状。在采集表面反射之后,这些光线到达检测表面,同时照明同样具有环形形状但其尺寸大于被照亮的待成像元件的部分的尺寸的光电探测器阵列区域。这种成像设备提出了一种架构,该架构使得能够以大于或等于500ppi的分辨率获得待成像元件的图像且与本文档来自技高网...
光学成像设备

【技术保护点】
1.一种光学成像设备(100),该光学成像设备至少包括:基本上为点的光源的阵列(104),所述光源的阵列在衬底(102)上产生且形成显示屏;光电探测器的阵列(106),所述光电探测器的阵列在所述衬底(102)上产生且与所述光源的阵列(104)相交错;光学介质(108),所述光学介质的厚度大于所述光电探测器的阵列(106)中的光电探测器(106)的间距,所述光学介质覆盖所述光源(104)和所述光电探测器(106),并且形成采集表面(109)和基本上与所述采集表面(109)平行的检测表面(111),待由所述光源(104)发射的光能够传播通过所述光学介质,待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面,所述光源的阵列(104)和所述光电探测器的阵列(106)被布置成抵靠所述检测表面;控制和读取装置(134、136、138、140),所述控制和读取装置被配置用于依次接通和关闭一部分光源(104)中的每一个光源,以及在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间,读取用于接收光线(113、115)的至少一部分光电探测器(106),所述光线来自被点亮的所述光源(104)且已经在所述采集表面(109)上经历反射,同时所述光线与所述采集表面(109)形成入射角,根据所述光学介质(108)和所述待成像元件来估算所述入射角。...

【技术特征摘要】
2017.03.16 FR 17521601.一种光学成像设备(100),该光学成像设备至少包括:基本上为点的光源的阵列(104),所述光源的阵列在衬底(102)上产生且形成显示屏;光电探测器的阵列(106),所述光电探测器的阵列在所述衬底(102)上产生且与所述光源的阵列(104)相交错;光学介质(108),所述光学介质的厚度大于所述光电探测器的阵列(106)中的光电探测器(106)的间距,所述光学介质覆盖所述光源(104)和所述光电探测器(106),并且形成采集表面(109)和基本上与所述采集表面(109)平行的检测表面(111),待由所述光源(104)发射的光能够传播通过所述光学介质,待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面,所述光源的阵列(104)和所述光电探测器的阵列(106)被布置成抵靠所述检测表面;控制和读取装置(134、136、138、140),所述控制和读取装置被配置用于依次接通和关闭一部分光源(104)中的每一个光源,以及在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间,读取用于接收光线(113、115)的至少一部分光电探测器(106),所述光线来自被点亮的所述光源(104)且已经在所述采集表面(109)上经历反射,同时所述光线与所述采集表面(109)形成入射角,根据所述光学介质(108)和所述待成像元件来估算所述入射角。2.根据权利要求1所述的光学成像设备(100),其中,所述入射角的值在第一极限折射角的值和第二极限折射角的值之间或者等于所述第一极限折射角的值或所述第二极限折射角的值,其中,所述第一极限折射角的值是通过所述光学介质(108)的光学指数和所述待成像元件所处的大气的光学指数来限定的,所述第二极限折射角的值是通过所述光学介质(108)的光学指数和附加光学指数来限定的,所述附加光学指数的值大于所述光学介质(108)的光学指数的值且小于或等于所述待成像元件的光学指数的值。3.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100),其中,所述控制和读取装置(134、136、138、140)被配置为在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间,读取位于所述检测表面(111)中的环形区域(114)内的光电探测器(106),所述环形区域是由相对于所述采集表面(109)形成所述第一极限折射角和所述第二极限折射角的光线所反射的光线(113、115)所界定的。4.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100),其中,所述控制和读取装置(134、136、138、140)被配置为使得在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间所读取的光电探测器(106)传送所述待成像元件的部分图像,使得所获得的部分图像中的每一个图像与所述待成像元件的所述部分图像中的至少一个其他部分图像部分重叠。5.根据权利要求4所述的光学成像设备(100),进一步包括用于根据所述待成像元件的所述部分图像来计算所述待成像元件的最终图像的装置。6.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100),进一步包括附加光源(126),所述附加光源被布置在所述光源的阵列(104)的外部且与由所述光源的阵列(104)的各个角落所形成的各个角的角平分线对齐。7.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100),其中,所述显示屏的每个像素包括所述光源(104)之一和所述光电探测器(106)之一。8.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100),其中,所述光源(104)由发光二极管形成,且所述控制和读取装置(134、136、138、140)包括互补金属氧化物半导体晶体管;或...

【专利技术属性】
技术研发人员:珍弗朗索瓦·曼盖法兰科斯·坦帕里尔
申请(专利权)人:原子能和替代能源委员会法国伊第米亚身份与安全公司
类型:发明
国别省市:法国,FR

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