具有发散光学元件的生物计量传感器制造技术

光学生物计量传感器包括光感测元件阵列、发散光学元件阵列和孔径阵列，所述孔径阵列设置在光感测元件阵列与发散光学元件阵列之间。在所限定接收角内入射在发散光学元件上的光穿过孔径并且朝着光感测元件，而在所限定接收角之外入射在发散光学元件上的光远离孔径发散。

Biometric Sensors with Divergent Optical Elements

The optical biometric sensor includes a photosensitive element array, a divergent optical element array and an aperture array, which are arranged between the photosensitive element array and the divergent optical element array. The light incident on the divergent optical element passes through the aperture in the limited receiving angle and directs towards the photosensitive element, while the light incident on the divergent optical element outside the limited receiving angle diverges away from the aperture.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有发散光学元件的生物计量传感器
本公开一般涉及光学传感器，且更具体地涉及使用发散光学元件的光学传感器。
技术介绍
对象成像在多种应用中是有用的。作为示例，生物计量识别系统对生物计量对象成像以用于认证和/或检验包含识别系统的设备的用户。生物计量成像提供可靠的、非入侵的方式来检验个体身份以用于识别的目的。各种类型的传感器可以用于生物计量成像。如同各种其它生物计量特性，指纹基于有区别的个人特性并因而提供可靠的机制来识别个体。因而，指纹传感器具有许多潜在的应用。例如，指纹传感器可以用来提供固定应用中的访问控制，所述固定应用诸如为安全检查点。指纹传感器也可以用来提供移动设备中的访问控制，所述移动设备诸如为蜂窝电话、可穿戴智能设备（例如，智能手表和活动跟踪器）、平板计算机、个人数据助理（PDA）、导航设备以及便携式游戏设备。因此，一些应用，特别是关于移动设备的应用，可能要求不但在尺寸上小而且高度可靠的识别系统。大多数商业上可以得到的指纹传感器基于光学感测技术或电容性感测技术。遗憾的是，常规的光学指纹传感器体积太大以至于不能被封装在移动设备和其它通常的消费者电子设备中，从而将它们的用途限制在门禁控制终端和其中传感器尺寸不是限制的类似应用。结果，大多数移动设备中的指纹传感器是具有被配置为感测指纹的脊和谷特征的感测阵列的电容性传感器。通常，这些指纹传感器检测绝对电容(有时被称为“自电容”)或跨电容(有时被称为“互电容”)。在任一情况下，阵列中的每一个感测元件处的电容取决于是否存在脊或谷而变化，并且这些变化被电检测以形成指纹的图像。尽管电容性指纹传感器提供某些优点，但大多数商业上可以得到的电容性指纹传感器难以通过远距离感测精细的脊和谷特征，从而要求指纹接触接近于感测阵列的感测表面。对于电容性传感器，通过厚层检测指纹仍然是重大的挑战，所述厚层诸如为保护许多智能电话和其它移动设备的显示器的厚护罩玻璃（本文中有时称为“护罩透镜”）。为了解决此问题，常常在显示器旁边的区域中在护罩玻璃中形成切口，并且将（常常与机械按钮集成的）分立的电容性指纹传感器放置在切口区域中，使得其可以在不必通过护罩玻璃进行感测的情况下检测指纹。对于切口的需要使得难以在设备的正面上形成齐平的表面，从而减损用户体验并且使制造复杂化。机械按钮的存在也占据宝贵的设备基板面。用于基于光学的传感器的一种可能的解决方案是使用针孔型相机。针孔相机包括具有小孔径的薄阻光层。来自所述阻挡层的一侧上的对象的光穿过所述孔径且以倒转的方式投射到设置在阻挡层的相对侧上的检测表面上。然而，针孔相机遭受某些缺点。例如，从针孔相机布置收集的图像被反转，因而可能要求额外的处理是有用的。而且，来自对象的大量光被阻挡层阻挡，并且仅少量的光透射穿过孔径。因而，图像质量可能是问题。而且，成像的对象的面积随着阻挡层与待成像对象之间的距离变化而显著变化。
技术实现思路
本公开提供光学生物计量感测设备，其包括在(待成像对象与孔径之间的)孔径上方的发散光学元件，以用于每一个感测元件或者像素来增强孔径的效果，所述效果是来优选地移除来自远离感测元件或像素的中间轴的对象特征的光的贡献。这样的实施例有利地减少了当输入对象进一步远离传感器移动时发生的模糊效果。在包括光学“准直器过滤器”的某些实施例中，(与不使用或者与会聚元件相反的)发散光学元件的此使用减小了所需要的准直器过滤器的高度或长度，这可以是传感器制造中的优点，所述传感器制造包括其中更长或更高的过滤器可以影响显示图像质量的显示器中感测。根据实施例，提供一种光学生物计量传感器(例如，指纹传感器)，其通常包括光感测元件阵列、发散光学元件阵列和设置在光感测元件阵列与发散光学元件阵列之间的孔径阵列。在操作中，在所限定接收角内入射在发散光学元件上的光穿过孔径并且朝着光感测元件，而在所限定接收角之外入射在发散光学元件上的光远离孔径发散。在某些方面中，发散光学元件阵列包括由第二材料形成的多个透镜元件，所述第二材料具有与第一材料的第一折射率n1不同的第二折射率n2，入射在发散光学元件上的光从所述第一材料进入发散光学元件。在某些方面中，发散光学元件阵列包括多个透镜元件，所述多个透镜元件各自具有从透镜元件的中间部分到透镜元件的外面部分逐渐增大的折射率。在某些方面中，孔径阵列中的每一个孔径具有圆形横截面或矩形横截面。在某些方面中，光学生物计量传感器还包括准直器过滤器孔结构阵列，其中每一个孔径最接近于对应准直器过滤器孔结构的光入口端来设置，并且其中每一个准直器过滤器孔结构从对应孔径朝着至少一个对应光感测元件延伸。在某些方面中，光学生物计量传感器还包括准直器过滤器孔结构阵列，其中每一个孔径形成对应准直器过滤器孔结构的光入口端，并且其中每一个准直器过滤器孔结构从对应孔径朝着至少一个对应光感测元件延伸。在某些方面中，光学生物计量传感器还包括准直器过滤器孔结构阵列，其中每一个孔径最接近于对应准直器过滤器孔结构的光出口端来设置，并且其中每一个准直器过滤器孔结构从对应孔径朝着至少一个对应发散光学元件延伸，所述发散光学元件设置在准直器过滤器孔结构的光入口端处。根据另一个实施例，提供一种制造光学生物计量传感器(例如，指纹传感器)的方法。所述方法通常包括在衬底中形成光感测元件阵列，在衬底上形成孔径阵列，以及在孔径阵列上形成发散光学元件阵列，其中孔径阵列设置在光感测元件阵列与发散光学元件阵列之间。发散光学元件阵列通常被布置以使得在所限定接收角内入射在发散光学元件上的光穿过孔径并且朝着光感测元件，而使得在所限定接收角之外入射在的发散光学元件上的光远离孔径发散。根据又一实施例，提供一种用于对生物计量对象(例如，指纹)进行成像的输入设备，其通常包括输入表面、用于感测输入表面处的生物计量对象的光学图像传感器，以及定位在光学图像传感器与输入表面之间的显示器护罩透镜。光学图像传感器通常包括光感测元件阵列、发散光学元件阵列以及设置在光感测元件阵列与发散光学元件阵列之间的孔径阵列。在操作中，所限定接收角内的从输入表面入射在发散光学元件上的光穿过孔径并且朝着光感测元件，而其中所限定接收角之外的从输入表面入射在发散光学元件上的光远离孔径发散。在某些方面中，显示器护罩透镜的表面包括输入表面。在某些方面中，输入表面包括覆盖显示器护罩透镜的光学透明玻璃或聚合物材料层的表面。参考说明书的其余部分，包括附图和权利要求，将实现本专利技术的其它特征和优点。下面参照附图详细描述本专利技术的另外的特征和优点，以及本专利技术的各种实施例的结构和操作。在附图中，相似的参考标号指示相同或功能上类似的元件。附图说明参考附图来描述具体实施方式。对说明书和附图中的不同实例中相同参考标号的使用可以指示类似或相同的项目。图1是根据本公开的实施例的包括光学传感器和处理系统的系统的示例的框图。图2图示了根据本公开的实施例的包括光学传感器的移动设备的示例。图3图示了根据本公开的实施例的具有光调节层的光学传感器的示例。图4图示了根据本公开的实施例的光调节层配置的示例。图5A-图5C图示了根据本公开的实施例的备选发散光学元件结构的示例。图6图示了根据本公开的实施例的备选光调节层配置的示例。图7图示了根据本公开的实施例的配置用于正面照明的光学传感器的示例。图8图示了根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学生物计量传感器，包括：光感测元件阵列；发散光学元件阵列；以及孔径阵列，所述孔径阵列设置在所述光感测元件阵列与所述发散光学元件阵列之间，其中在所限定接收角内入射在所述发散光学元件上的光穿过所述孔径并且朝着所述光感测元件，以及其中在所述所限定接收角之外入射在所述发散光学元件上的光远离所述孔径发散。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 US 15/0875441.一种光学生物计量传感器，包括：光感测元件阵列；发散光学元件阵列；以及孔径阵列，所述孔径阵列设置在所述光感测元件阵列与所述发散光学元件阵列之间，其中在所限定接收角内入射在所述发散光学元件上的光穿过所述孔径并且朝着所述光感测元件，以及其中在所述所限定接收角之外入射在所述发散光学元件上的光远离所述孔径发散。2.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，其中所述发散光学元件阵列包括由第二材料形成的多个透镜元件，所述第二材料具有与第一材料的第一折射率n1不同的第二折射率n2，入射在所述发散光学元件上的所述光从所述第一材料进入所述发散光学元件。3.如权利要求2所述的光学生物计量传感器，其中所述多个透镜元件中的每一个具有凹形剖面，以及其中n1<n2。4.如权利要求2所述的光学生物计量传感器，其中所述多个透镜元件中的每一个具有凸形剖面，以及其中n1>n2。5.如权利要求2所述的光学生物计量传感器，其中所述第一材料和所述第二材料包括光学透明的聚合物材料。6.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，其中所述孔径阵列具有比指纹中的脊的节距更小的节距。7.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，其中所述发散光学元件阵列包括多个透镜元件，所述多个透镜元件各自具有从所述透镜元件的中间部分到所述透镜元件的外面部分逐渐增大的折射率。8.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，还包括光学滤色器元件阵列，所述光学滤色器元件阵列设置在所述孔径阵列与所述光感测元件阵列之间。9.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，其中所述孔径阵列中的每一个孔径具有圆形横截面或者矩形横截面。10.如权利要求9所述的光学生物计量传感器，还包括准直器过滤器孔结构阵列，其中每一个孔径最接近于对应准直器过滤器孔结构的光入口端来设置，以及其中每一个准直器过滤器孔结构从所述对应孔径朝着至少一个对应光感测元件延伸。11.如权利要求10所述的光学生物计量传感器，其中每一个准直器过滤器孔结构的长度与每一个对应孔径的直径或宽度的纵横比是大约3:1到大约30:1。12.如权利要求10所述的光学生物计量传感器，其中每一个准直器过滤器孔结构的直径或宽度从所述光入口端到最接近所述至少一个对应光感测元件的末端减小。13.如权利要求10所述的光学生物计量传感器，其中所述孔径阵列设置在半导体管芯的背面上，在所述半导体管芯中形成所述光感测元件阵列，以及其中所述准直器过滤器孔结构阵列形成在所述半导体管芯的所述背面中。14.如权利要求9所述的光学生物计量传感器，还包括准直器过滤器孔结构阵列，其中每一个孔径形成对应准直器过滤器孔结构的光入口端，以及其中每一个准直器过滤器孔结构从所述对应孔径朝着至少一个对应光感测元件延伸。15.如权利要求9所述的光学生物计量传感器，还包括准直器过滤器孔结构阵列，其中每一个孔径最接近于对应准直器过滤器孔结构的光出口端来设置，以及其中每一个准直器过滤器孔结构从所述对应孔径朝着至少一个对应发散光学元件延伸，所述发散光学元件设置在所述准直器过滤器孔结构的光入口端处。16.如权利要求15所述的光学生物计量传感器，其中每一个准直器过滤器孔结构包括光学透明材料，以及其中所述至少一个对应发散光学元件形成所述准直器过滤器孔结构的所述光入口端。17.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，其中所述孔径阵列设置在半导体管芯的背面上，在所述半导体管芯中形成所述光感测元件阵列。18.如权利要求1所述的光学生物计量传感器，其中所述生物计量传感器是指纹传感器。19.一种用于制作光学生物计量传感器的方法，包括：在衬底中形成光感测元件阵列；在所述衬底上形成孔径阵列；在所述孔径阵列上形成发散光学元件阵列，其中所述孔径阵列设置在所述光感测元件阵列与所述发散光学元件阵列之间，其中所述发散光学元件阵列被布置以使得在所限定接收角之内入射在所述发散光学元件上的光穿过所述孔径并且朝着所述光感测元件，而使得在所述所限定接收角之外入射在所述发散光学元件上的光远离所述孔径发散。20.如权利要求19所述的方法，还包括在所述孔径阵列与所述光感测元件阵列之间形成光学滤色器元件阵列。21.如权利要求19所述的方法，还包括形成准直器过滤器孔结构阵列。22.如权利要求21所述的方法，其中每一个孔径最接近于对应准直器过滤器孔结构的光入口端来设置，以及其中每一个准直器过滤器孔结构从所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英信，P维克波尔德特，RJ戈夫，BL麦基，
申请(专利权)人：辛纳普蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US