用于检测生物特性的集成发光显示器及传感器制造技术

一种与显示器部分集成在一起的生物传感器装置包含用于供例如手指的身体部位触摸的表面。光源，例如LED阵列，通过所述表面发射光以便由所述身体部位反射及部分吸收。光电检测器阵列检测由所述身体部位回射的光且生成对应于所述光反射的图像的信号，所述图像对应于所述身体部位中的光吸收图案。所述光吸收图案可与指纹、血管图案、血管内的血液移动、其组合或其它生物度量相关。处理器从所述光电检测器接收所述信号且分析所述信号以确定所述身体部位的特性。所述特性可用来通过比较所述所检测特性与所存储特性来认证所述生物传感器装置的用户。

Integrated Light Emitting Display and Sensor for Detecting Biological Characteristics

A biosensor device integrated with a display part includes a surface for touch by, for example, a body part of a finger. Light sources, such as LED arrays, emit light through the surface for reflection and partial absorption by the body parts. The photodetector array detects the light reflected from the body part and generates a signal corresponding to the image reflected by the light, which corresponds to the light absorption pattern in the body part. The light absorption pattern can be related to fingerprints, blood vessel patterns, blood movement in blood vessels, their combination or other biological measurements. The processor receives the signal from the photoelectric detector and analyses the signal to determine the characteristics of the body part. The characteristics can be used to authenticate the user of the biosensor device by comparing the detected characteristics with the stored characteristics.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测生物特性的集成发光显示器及传感器相关申请案的交叉参考本申请案是2017年5月19日申请的第15/600,480号美国申请案的部分接续，且基于并主张由JeromeChandraBhat在2016年6月9日申请的第62/348,096号美国临时专利申请案及由JeromeChandraBhat及RichardIanOlsen在2016年5月23日申请的第62/340,218号美国临时专利申请案的优先权，所述案转让给本案受让人且以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及感测生物特性，例如血流、血液成分、指纹、血管图案、面部等，且特定来说涉及使用光及光电检测器感测此类特性。
技术介绍
已知将特定波长的光(例如，红光或IR光)施加到人体部位(例如，手指)且测量透过人体部位的光可用来检测血流(例如，脉冲)、血液中的成分(例如血红蛋白)、脂肪及其它特性。一般来说，光吸收与特定特性相关。然而，此类系统通常限于仅执行单一功能的医疗装置。此外，由于光吸收的测量是通过身体部位进行，因此必须特别地使装置环绕被测试的特定身体部位，例如手指。需要一种可用于各种功能且可用于医疗以及非医疗目的(例如用户认证)的更灵活且紧凑的生物传感器。对于用户认证，生物传感器应能够容易集成到现有消费产品中。专栏31中的第9,570,002号美国专利描述将IRLED发射器连同光电检测器一起添加到全色显示屏的矩阵中。接着，用户可触碰屏幕，且可通过检测触碰屏幕的指尖的脊的反射来检测用户指纹的图像。检测仅针对指尖的表面且不测量深入手指的任何光吸收，以便检测血管或血流。因此，如果装置用于认证，那么模拟/伪造指纹可能欺骗装置。另外，显示屏是紧密封装的红色、绿色及蓝色LED阵列，且难以将IRLED及光电检测器添加到现有LED阵列中而不损失分辨率。此外，开发具有集成显示像素及检测像素的新显示屏将是非常昂贵的。
技术实现思路
描述一种集成且紧凑的发光器及传感器装置，其可用来使用所述装置检测人的生物特性。所述特性可用于医疗/诊断目的以及人认证。例如，所述装置可安装在智能电话、计算机或甚至枪中以认证用户。在一个实施例中，由多波长光源(例如LED或过滤白光)形成的高分辨率像素在施加到皮肤时提供穿透身体部位(例如手指)的光。光电检测器阵列集成在发光器中且检测从身体部位回射的光的幅值，其中所回射光的幅值受身体部位吸收光影响。光电检测器阵列可产生光吸收的高分辨率图像。可控制像素(例如，发射波长)以瞄准某些生物特性，且装置的分辨率可为高以检测详细特性，例如指纹及血管图案。甚至可捕获视频图像。光学件可用来仅在一定皮肤深度处检测吸收，以便检测血管的位置。装置中的处理器可经编程以分析来自光电检测器的信号且生成结果，例如用户认证。由于同时伪造指纹及血管图案两者非常困难，因此与仅指纹检测器相比，装置具有更高认证可靠性。在另一实施例中，LED光(例如，IR光)耦合到透明光导的边缘中，且归因于光导及空气的折射率非常不同，在光导内通过TIR引导所述光。假设用户的手指按压在光导表面(例如玻璃)上以进行指纹检测，那么手指及玻璃的折射率紧密匹配。指纹顶(脊)接触玻璃表面，而槽将产生气隙。因此，光将仅呈顶图案从光导拉出并进入手指。因此，光导可为透明的。高分辨率光电检测器阵列位于光导后方。接着，从接触光导的顶部表面的身体部位(例如，手指)反射的光反向透过光导且由光电检测器阵列检测。装置还可任选地操作为显示器，其中显示像素位于光导后方。所得所检测图像可用于通过指纹、血管图案或其它生物特性组合认证用户。在一个实施例中，光导也是与检测器部分横向间隔开的显示屏的显示器玻璃，因此检测器及显示器是集成的。显示像素可为常规的，例如OLED，且仅检测器光源使用显示器玻璃作为光导。通过将显示器玻璃用作显示器的光导及保护层(或显示器的触摸屏)的双重目的，存在协同作用及集成，且TIR均匀地散布光以进行指纹/血管检测。检测器的光源可光学地耦合在显示器玻璃的任何边缘附近。检测器阵列可分布在整个显示像素中或与显示器部分横向间隔开。光将经由指纹顶进入一定手指距离，且还在手指内散射且由一定深度内的血管吸收。这将产生二次反射图案，其可结合指纹图案用来检测指纹与血管图案之间的位置关系。指纹图案将是高对比度的，而血管图案将有效地叠加在指纹图案上方。在一个实施例中，光源及光传感器部分例如沿显示器部分的一侧与显示像素横向间隔开，以免占用显示器部分中的任何空间。显示器部分通过光传递面板(例如薄玻璃面板)发射光以生成图像。玻璃面板甚至可包含电容式触摸传感器。生物检测器部分的光源例如靠近光传感器部分与显示器部分横向间隔开，或光源光学地耦合到光传递面板的边缘，且光传递面板充当光源的波导，如先前所描述。因此，检测是通过与显示区域分开的区域进行。光源可发射IR光，而显示器部分从像素阵列发射红光、绿光及蓝光。以这种方式，光源及检测器部分不影响显示器部分，而显示器部分及检测器部分两者使用同一光传递面板。因此，显示器及传感器是集成的但横向间隔开。装置还可用作脉冲传感器或用作吸收目标波长的某些血液成分的传感器。可单独激励发射不同波长的不同LED，且由广谱光电检测器检测所反射光以确定身体部位的不同类型的生物特征。光学件可用来聚焦光以仅在一定身体部位(例如血管)深度处检测生物特征。额外传感器可集成到光学传感器中，例如气体传感器、用于检测脉冲的电极等。装置可紧凑且便宜，从而使得它可以用在在便携式装置中以认证或分析用户的生物特性。描述此类装置的各种其它设计及用途。附图说明图1是可在选定区域中发射选定波长的光的高分辨率发光器的俯视图，其中所述装置还在每一多波长像素区域内包含光电检测器阵列以感测来自接触发光表面的人体部位的光吸收。图2是图1的装置的横截面视图，展示人的手指放置在发光表面上以检测指纹、血流、血液中的血红蛋白或用于认证或医疗诊断的其它特性。图3说明光波长与血液中血红蛋白及氧合血红蛋白吸收的相关性，其可由图1及2的装置中的处理器用来确定人的血液中此类成分的浓度。图4是包含用于检测生物特性的光源及光传感器的装置的另一实施例的横截面视图，其中光注射到透明或半透明光导的边缘部分中且从光导的前表面发射，且其中光电二极管阵列位于光导后方以检测人体部位吸收光的图像。图5说明固定到透明层(例如智能电话、膝上型计算机或其它消费装置的保护外层)的图4的装置。图6说明图4的装置，其扩增有用于感测来自人体部位的电信号(例如用于组合所反射光的检测来检测EKG信号)的电极。图7说明图5的装置，其进一步扩增有用于检测从人发出的气体的敏感气体感测元件。图8说明图6的装置，其进一步扩增有用于确定与装置接触的身体部位(例如，手指)的温度的非接触式、红外线温度传感器。图9说明本专利技术的另一实施例，其中聚焦透镜邻接光电传感器阵列以获得更高分辨率、更高信噪比且形成更紧凑装置。图10是具有高分辨率光电检测器阵列的单一集成电路芯片的正视图。透镜阵列位于检测器阵列上方，聚焦入射光且减少进入光电检测器的直射光量以增加信噪比。光源可具有许多合适设计，例如透明光导，所述光导仅沿与其接触的人体部位的方向发射光。所反射光反向透过光导到光电检测器。图11类似于图10，但是将光源(例如，LED或激光)与光电检测器集成在同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物传感器装置，其包括：显示器部分，其具有光传递面板，所述显示器部分在像素中发射光以生成图像，所述像素生成具有第一组峰值波长的光；检测器部分，其经配置以通过所述光传递面板的一部分接收光，所述检测器部分与发射光的所述显示器部分中的所述像素横向间隔开；光源，其经配置以通过所述光传递面板发射光以便由人的身体部位部分反射及吸收，所述光源不是用来生成所述图像的所述显示器部分中的所述像素；所述检测器部分中的一或多个光电检测器，其与所述显示器部分中的所述像素横向间隔开，经布置以检测至少由所述身体部位回射的光，所述光电检测器生成对应于所述所回射光的第一信号；及检测电路，其耦合到所述一或多个光电检测器，经配置用于分析所述第一信号以确定所述身体部位的特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 US 62/348,096;2017.05.19 US 15/600,480;1.一种生物传感器装置，其包括：显示器部分，其具有光传递面板，所述显示器部分在像素中发射光以生成图像，所述像素生成具有第一组峰值波长的光；检测器部分，其经配置以通过所述光传递面板的一部分接收光，所述检测器部分与发射光的所述显示器部分中的所述像素横向间隔开；光源，其经配置以通过所述光传递面板发射光以便由人的身体部位部分反射及吸收，所述光源不是用来生成所述图像的所述显示器部分中的所述像素；所述检测器部分中的一或多个光电检测器，其与所述显示器部分中的所述像素横向间隔开，经布置以检测至少由所述身体部位回射的光，所述光电检测器生成对应于所述所回射光的第一信号；及检测电路，其耦合到所述一或多个光电检测器，经配置用于分析所述第一信号以确定所述身体部位的特性。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述像素生成红光、绿光及蓝光，且所述光源生成红外光。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源光学地耦合在所述光传递面板的边缘附近，其中所述光传递面板充当波导以引导来自所述光源的所述光且通过所述光传递面板的发光表面发射来自所述光源的所述光。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述光传递面板经配置使得光基本上仅通过所述光传递面板的所述发光表面发射，其中所述身体部位与所述发光表面直接接触。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源与所述显示器部分中的所述像素横向间隔开。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源包括一或多个发光二极管。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源包括发射不同峰值波长的光的发光二极管。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源发射具有被血管吸收的波长的光。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源包括光导，且其中来自一或多个发光二极管的光光学地耦合到所述光导，所述光导经配置用于通过其表面发射光。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述光传递面板是所述光导。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述一或多个光电检测器位于所述光导后方，使得来自所述身体部位的所反射光通过所述光导传递以由所述一或多个光电检测器检测。12.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括所述一或多个光电检测器上方的透镜，所述透镜用于限制来自所述身体部位的所反射光的角度范围。13.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括所述光电检测器上方的透镜，所述透镜用于将来自所述身体部位的所反射光从所述身体部位内仅一定距离处聚焦到所述一或多个光电检测器上。14.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括集成到所述装置中的非光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：热罗姆·钱德拉·巴特，理查德·伊恩·奥尔森，
申请(专利权)人：因赛特系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US