使用波导显示器的图像感测制造技术

一种电子设备包括图像感测显示器。该显示器包括保护玻璃且被配置成波导。显示器中的体全息图光栅对来自位于显示器外部的对象的入射光进行衍射。经衍射入射光具有满足Bragg条件的相对于体全息图光栅的入射角。体全息图光栅将入射光以预定角度并使用预定波导出口距离衍射通过波导，以聚焦在图像传感器处。图像传感器定位在波导的输出处，以捕捉传播通过波导的经衍射入射光。图像处理电路系统耦合至图像传感器以识别由图像传感器通过波导捕捉到的指纹图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用波导显示器的图像感测
技术介绍
用于计算设备的指纹感测系统可采用各种技术,包括电容式感测、透镜数码相机等。然而，这些方案带来了极大的限制。例如，无边框的或者边框非常小的设备没有在显示区域外部给指纹检测组件留有足够的区域。此外，电容式感测对于手指和电容式传感器之间的距离非常灵敏，使得计算设备的显示器的保护玻璃在电容式感测组件被放置在显示器之下的情况下可显著地降低电容式感测解析的有效性。透镜式数码相机往往是笨重且昂贵的。许多这样的方案也往往难以缩进在跨计算设备前端面或显示器的区域中。
技术实现思路
所描述的技术提供了一种电子设备的显示器中的图像感测能力，其中对象的图像可被检测，而对象无需与显示器的表面接触，在本文中称为“离面图像感测”。然而，应当理解，相同或相似图像感测能力也可在对象与显示器的表面接触的情况下感测对象的图像。使用(包括保护玻璃的)显示器作为波导，从对象接收到的光可被传送通过波导显示器到达电子设备内的图像传感器。一种电子设备包括图像感测显示器。该显示器包括保护玻璃且被配置成波导。显示器中的体全息图光栅对来自位于显示器外部的对象的入射光进行衍射。经衍射入射光具有相对于体全息图光栅的满足Bragg条件的入射角。体全息图光栅将入射光以预定角度并使用预定波导出口距离衍射穿过波导朝向图像传感器。图像传感器定位在波导的输出到处，以捕捉传播通过波导的经衍射入射光。图像处理电路系统耦合至图像传感器以识别由图像传感器通过波导捕捉到的指纹图像。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。本文还描述和列举了其他实现。附图简述图1解说了使用波导显示器提供图像感测的示例电子设备。图2解说了使用体全息图光栅以获得高角度选择性以及将显示器用作波导的示例图像感测系统。图3解说了将体全息图光栅用于高角度选择性以及将显示器用作波导的示例图像感测系统的“展开式”描绘。图4解说了在示例图像感测系统中对体全息图光栅的使用。图5解说了用于创建示例图像感测系统的体全息图光栅的示例系统。图6解说了用于使用图像感测系统的示例操作。图7解说了在图像感测中与波导显示器联用的示例处理系统。详细描述使用波导显示器的图像感测可以通过使用薄显示器组装件作为到图像捕捉设备的波导来提供用于电子设备的薄图像捕捉系统。虽然可使用此类系统来捕捉各种对象的图像，但此类图像感测系统的一个示例实现包括指纹传感器(例如，用于验证用户的身份)。指纹传感器可被用来认证用户、对文档或其他数据进行电子签名、授权购买，等等。另外，离面指纹感测(它可准确地感测距传感器或感测表面几毫米内的指纹)可造成较快登录(例如，移动设备可在用户手指甚至接触设备时就认证用户并指示登录过程)并促进更卫生的计算(例如，不需要与可能脏或传染性的指纹感测表面(诸如在自动柜员机或医生办公室处)物理接触)。图1解说了使用波导显示器102提供图像感测的示例电子设备100。如在图1中解说的场景中，该图像被示为包括对象上的特征(例如，用户的拇指104的指腹上的脊和谷——指纹)，但可使用所描述的技术来捕捉其他对象的图像。从波导显示器102发出的光108以及可能环境光反射离开用户的拇指104(例如，示例对象)的指腹透过波导显示器102的保护玻璃。在图1中，用户拇指104的指腹与波导显示器102的表面分开达距离d，其中距离d在零毫米和几毫米(例如，在一个示例中，10mm)之间的范围中，因而使用了术语“离面图像感测”。可例如通过增加对象上的照明的强度、增加图像捕捉传感器的灵敏度来达到较长距离，等等。然而，还应理解，所描述的技术的一些实现可感测与波导显示器102的表面相接触(例如，d等于零)的对象的图像。虽然在本申请中描述的指纹感测实现的示例，但其他实现可采用所描述的技术，包括运动检测器、脸部或模式识别、姿势识别、邻近感测、图像捕捉、文档扫描，等等。在一些实现中，显示器所发出的光可足以允许图像感测系统使用足够分辨率来捕捉对象的图像以获得有用图像，诸如用于模式识别或光学字符识别。在其他实现中，环境光照(包括黑光)可增强(或在一些示例中，降级)该系统的图像感测保真度。在反射离开用户的拇指104的指腹的光108传播到并透过波导显示器102的表面时，反射光的一些部分撞击波导显示器102内的体全息图光栅(例如，粘附到/结合到与波导显示器102的显示表面相对的保护玻璃的表面)。体全息图光栅可被定位在(即，夹在)保护玻璃和透明或半透明基板之间，但可以采用其他构造。当传播的光波照射折射界面时(诸如在保护玻璃和底层基板之间)，该光波与该界面的相互作用可取决于折射界面每一侧上的材料的相对折射率和波的入射角(即光波相对于该界面法线照射折射界面的角度)而变化。在入射光被由传输或折射率调制作出的周期性结构(例如，体全息图光栅)衍射时，Bragg衍射发生，并且经历相长干涉。在入射光波和衍射光波满足Bragg条件时，相长干涉使得衍射光波保持同相。根据Bragg定律，相长干涉在满足2dcosθ＝nλ(Bragg条件)时最强，其中n是正整数，d是(例如，衍射光栅条纹的)周期性距离，λ是入射光波的波长，且θ是入射角。如果光波的入射角小于折射界面的临界角θ，则光波中的一些将透过折射界面，而光波中的一些将被反射回到显示器中。(根据Snell定律，临界角θ取决于折射界面每侧上的材料的相对折射率。)如果入射角精确地等于临界角θ，则光波沿折射界面折射。如果入射角大于临界角θ，则根据全内反射(TIR)原理，整个光波被反射回到显示器中而不会传输透过折射界面。在所解说的实现中，体全息图光栅经由夹在两个显示系统层之间的光栅材料薄层内的折射率调制来衍射入射光108。根据入射角和光栅中折射率调制的取向和频率，入射光108以与Bragg条件相对应的角度来衍射。然而，衍射效率是入射角与相对于由光栅体内的折射率调制所形成的条纹的衍射角之间的关系的强函数。如果入射角和体全息图光栅满足Bragg条件(它还取决于光栅体的深度和光栅条纹的调制深度)，则高峰值衍射效率(接近100％)是可能的。光栅性能通常由在光栅的区域上其折射率变差(Δn)、光栅厚度、以及光栅向量——光栅的连贯条纹之间的取向和频率——来表征。在一个实现中，体全息图光栅包括使用采用全息图干涉图案的技术制造的衍射光栅。两个交叉激光束产生投影到布置在体全息图光栅基板上的光聚合物膜上的干涉条纹。在光聚合物膜中，光致聚合作用发生以与条纹的强度成比例地改变衍射光栅的折射率，从而得到体全息图光栅。具有对体全息图光栅的满足Bragg条件的入射角的碰撞光波(称为入射波)被衍射进入波导显示器102。衍射角被设计成超过波导显示器102的全内反射(TIR)角。经衍射波退出体全息图光栅，以经由TIR在波导显示器102内传播到图像传感器(例如，相机)。图像传感器捕捉经衍射波作为从中反射入射波的对象(例如，用户的拇指104的指腹)的图像。可以按各种方式触发图像感测。在一个实现中，提示用户将待成像对象带到波导显示器102的特定区域的领域内，诸如通过在显示器的区域中显示亮框并指令用户将手指带到该框附近。在另一实现中，显示器的特定区域中的邻近传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，包括：配置成波导的显示器，所述显示器包括保护玻璃以及配置成衍射来自定位在所述显示器外部的对象的入射光的体全息图光栅，经衍射入射光具有满足Bragg条件的相对于所述体全息图光栅的入射角，所述体全息图光栅将入射光以预定角度衍射通过所述波导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.07 US 62/304,889;2016.09.30 US 15/282,4341.一种成像系统，包括：配置成波导的显示器，所述显示器包括保护玻璃以及配置成衍射来自定位在所述显示器外部的对象的入射光的体全息图光栅，经衍射入射光具有满足Bragg条件的相对于所述体全息图光栅的入射角，所述体全息图光栅将入射光以预定角度衍射通过所述波导。2.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，还包括：图像传感器，其定位在所述波导的输出处以捕捉传播通过所述波导的所述经衍射入射光。3.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述显示器进一步包括与所述体全息图光栅毗邻的透明或半透明基板。4.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述体全息图光栅选择性地衍射具有与所述体全息图光栅垂直的入射角的入射光以传输通过所述波导。5.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述体全息图光栅选择性地衍射会聚到所述体全息图光栅以传输通过所述波导。6.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述入射光从没有与所述显示器接触的对象的一特征反射。7.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，进入所述波导的入射光的衍射的角选择性在制造期间通过对象光相对于参考光的入射角来设置，所述参考光在所述体全息图光栅处具有垂直入射角。8.如权利要求1所述的成像系统，其特征在于，经衍射光的波导出口距离在制造期间通过使对象光通过到达所述体全息图光栅的物镜与所述体全息图光栅的参考光在制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·陈，Y·程，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US