具有力感测能力的光学指纹传感器制造技术

提供了一种设备，包括显示面板和光学传感器模块。光学指纹传感器可以检测接触输入，生成表示指纹的图像的信号，并且生成表示与该指纹不同的生物学标记的信号。生成的传感器信号包括表示指纹图像的信号和表示与该指纹不同的生物学标记的信号。光学传感器模块可以在不同的时间采集不同的指纹图案，以监测指纹脊图案变形的时域演变，指纹脊图案变形的时域演变表示来自接触输入的按压力的时域演变。感测电路可以处理生成的传感器信号，以确定与指纹关联的接触输入是否属于活人的手指。

Optical fingerprint sensor with force sensing ability

A device including a display panel and an optical sensor module is provided. Optical fingerprint sensors can detect contact input, generate signals representing fingerprint images, and generate signals representing biological markers different from the fingerprint. The generated sensor signals include signals representing fingerprint images and signals representing biological markers different from the fingerprint. Optical sensor module can collect different fingerprint patterns at different times to monitor the time-domain evolution of fingerprint ridge pattern deformation. The time-domain evolution of fingerprint ridge pattern deformation represents the time-domain evolution of pressing force from contact input. The sensing circuit can process the generated sensor signal to determine whether the contact input associated with the fingerprint belongs to the finger of a living person.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有力感测能力的光学指纹传感器相关申请的交叉引用本专利申请要求(1)2016年7月18日提交的申请号为62/363,823、专利技术名称为“光学指纹传感器及封装”的美国临时专利申请的优先权和权益；(2)2016年10月24日提交的国际专利申请号为PCT/US2016/058552、专利技术名称为“光学指纹传感器及封装”的优先权和权益，其中，(2)中的专利又要求于2015年10月23日提交的申请号为62/245,942的美国临时专利申请的优先权和权益。上述专利申请的全部内容通过引用并入本申请的公开内容的一部分。
本专利文件一般涉及用于安全访问电子设备或信息系统的指纹识别及其应用。
技术介绍
指纹可以用于对访问电子设备、计算机控制系统、电子数据库或信息系统的用户进行认证，其既可以作为独立认证方法使用，也可以与一个或多个其他认证方法，例如，密码认证方法组合使用。例如，包括便携式或移动计算设备的电子设备，例如，笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏系统，可以采用用户认证机制，来保护个人数据并防止未经授权的访问。在另一个示例中，为了保护组织或企业的信息或者设备或系统的使用，应当确保用于组织或企业的计算机或计算机控制的设备或系统仅允许授权人员访问。存储在便携式设备和计算机控制的数据库、设备或系统中的信息性质上可以是个人信息，例如，个人的联系人或电话簿、个人照片、个人健康信息或者其他个人信息，或者组织或企业专用的机密信息，例如，企业财务信息、员工数据、商业机密和其他专有信息。如果访问电子设备或系统的安全性被损害，数据会被其他人访问，从而导致个人隐私的泄露或有价值的机密信息的丢失。除了信息安全之外，对计算机和计算机控制的设备或系统的安全访问还可以使得计算机或计算机处理器控制的设备或系统，例如，计算机控制的汽车和其他系统，如ATM的使用得到保护。可通过不同方式，例如，使用用户密码来实现对设备，如移动设备，或系统，如电子数据库和计算机控制的系统的安全访问。然而，密码可能被轻易扩散或获取，密码的这种性质会降低安全等级。此外，用户需要记住密码才能使用电子设备或系统，而如果用户忘记密码，那么用户需要进行某些密码恢复程序以获得认证，或以其他方式重新获得对设备的访问的权限，而这样的过程对于用户而言较为繁琐，并且，具有各种实用性的限制和不便。可以利用个人指纹识别来实现用户认证，增强数据安全性，同时减轻与密码相关联的某些不期望的影响，。包括便携式或移动计算设备的电子设备或系统可以采用用户认证机制来保护个人或其他机密数据并防止未经授权的访问。可通过一种或多种形式的生物标识符来实现电子设备或系统上的用户认证，其可以单独使用或者附加于常规密码认证方法使用。生物标识符的一种形式是人的指纹图案。指纹传感器可以内置于电子设备或信息系统中以读取用户的指纹图案，使得设备只能由该设备的授权用户通过认证该授权用户的指纹图案进行解锁。
技术实现思路
本专利文件中描述的实现方式的示例提供了使用光学传感器来感测指纹的指纹传感器设计。所描述的指纹传感器设计可以用于各种设备、系统或应用，包括移动应用和各种可穿戴或便携式设备(例如智能手机、平板电脑、腕戴式设备)，较大的电子设备或系统。在一个方面，提供了一种具有光学指纹感测模块的电子设备，包括：显示面板，用于显示图像和内容并接收用户接触输入；光学传感器模块，设置于显示面板下方，用于检测接收的与指纹关联的接触输入的存在，以生成第一信号和第二信号，第一信号表示指纹的空间图案的图像，第二信号表示与指纹的空间图案不同并表征活人特性的生物学标记，光学传感器模块包括光学传感器阵列，该光学传感器阵列被定位于接收携带接收的接触输入的信息的反射探测光，并产生光学传感器信号。光学传感器模块在不同的时间采集不同的指纹图案，以监测指纹脊图案的时域演变。在另一个方面，提供了一种具有光学指纹感测模块的电子设备，包括：显示面板，用于显示图像和内容并接收用户接触输入；光学传感器模块，设置于显示面板下方，用于检测接收的与指纹关联的接触输入的存在，以生成第一信号和第二信号，第一信号表示指纹的空间图案的图像，第二信号表示与指纹的空间图案不同并表征活人特性的生物学标记。光学传感器模块包括光学传感器阵列和光学准直器阵列，光学传感器阵列被定位用于接收携带接收的接触输入的信息的反射的探测光，并产生光学传感器信号，光学准直器阵列位于显示面板与光学传感器阵列之间，以空间地过滤返回的探测光，以用于光学传感器阵列的光学检测。在一些实现方式中，光学传感器模块还包括光学层，该光学层在光学准直器和显示面板之间，以选择从显示面板返回的有角度的探测光以进入光学准直器，同时减少垂直于显示面板并进入光学准直器的返回的探测光的量。在另一个方面，提供了一种具有光学指纹感测功能的电子设备，包括：触摸接收表面，该触摸接收表面包括用于接收接触输入的触摸区域；光学传感器模块，检测接收的、与触摸接收表面上的指纹关联的接触输入的存在，以生成第一信号和第二信号，第一信号表示指纹的空间图案的图像，第二信号表示与指纹的空间图案不同并表征活人特性的生物学标记。光学传感器模块包括光源和光学传感器阵列，光源用于产生投射到触摸接收表面上的探测光，光学传感器阵列被定位为从触摸接收表面接收携带接收的接触输入的信息的探测光并产生光学传感器信号。该设备可以进一步包括处理电路，该处理电路被通信地耦合以接收光学传感器信号，以处理第一信号，以确定检测的图像是否与授权用户的指纹图案匹配，并且处理第二信号，以确定生物学标记是否表示与指纹关联的接触输入来自活人的手指。在另一方面，所公开技术的光学指纹传感器可以被实施以提供以下特征中的一个或多个。该光学指纹传感器包括光源、耦合器、间隔物、光电二极管阵列和盖板玻璃。间隔物可以由玻璃材料、粘合材料、或者甚至气隙或真空制成。耦合器可以由玻璃材料、粘合材料、或者甚至气隙或真空制成。盖板玻璃可以是显示器盖板玻璃的一部分，或者也可以是单独的盖板玻璃。上述的耦合器、间隔物和盖板玻璃中的每一个都可以是多层的。所公开的技术通过匹配材料形状和折射率，为控制信号对比度提供了灵活性。通过匹配探测光束入射角、发散角以及所涉及的耦合器、间隔物和盖板玻璃的材料，对于不同的触摸材料，可将探测光束控制为在感测表面处被全部反射或部分反射。所公开的光学指纹传感器还提供了无水效果。典型的智能手机盖板玻璃的折射率约为1.50。一种设计是使用低折射率材料(MgF2、CaF2、聚合物等)来形成耦合器。所公开的技术可用于将感测表面的局部探测光束入射角控制为大约68.5°。当水触摸光学指纹传感器的感测表面时，全反射角约为62.46°，当指纹脊触摸感测表面时，全反射角约为73.74°。当没有东西触摸感测表面时，全反射角约为41.81°。在本设计中，在浸水区域，探测光被全部反射到光电二极管阵列；在指纹脊触摸位置，不到5％的探测光被反射到光电二极管阵列；在干的指纹谷位置，探测光束也被全部反射到光电二极管阵列。这意味着只有指纹脊才会生成被检测到的信号。汗的折射率低于手指皮肤的折射率。所公开的技术提供了一种区分指纹中的汗孔的方案。当使用气隙形成耦合器时，在感测表面不会发生全反射。不同触摸材料(指纹脊、指纹谷和其他污染物)之间的反射率的差异可以用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光学指纹感测模块的电子设备，包括：显示面板，用于显示图像和内容并接收用户接触输入；光学传感器模块，设置于所述显示面板下方，用于检测接收的与指纹关联的接触输入的存在，以生成第一信号和第二信号，所述第一信号表示所述指纹的空间图案的图像，所述第二信号表示与所述指纹的所述空间图案不同并表征活人特性的生物学标记，所述光学传感器模块包括光学传感器阵列，所述光学传感器阵列被定位于接收携带接收的所述接触输入的信息的反射探测光，并产生光学传感器信号，其中，所述光学传感器模块在不同的时间采集不同的指纹图案，以监测指纹脊图案变形的时域演变，所述指纹脊图案变形的时域演变表示来自所述接触输入的按压力的时域演变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.18 US 62/363,823;2016.10.24 US PCT/US2016/1.一种具有光学指纹感测模块的电子设备，包括：显示面板，用于显示图像和内容并接收用户接触输入；光学传感器模块，设置于所述显示面板下方，用于检测接收的与指纹关联的接触输入的存在，以生成第一信号和第二信号，所述第一信号表示所述指纹的空间图案的图像，所述第二信号表示与所述指纹的所述空间图案不同并表征活人特性的生物学标记，所述光学传感器模块包括光学传感器阵列，所述光学传感器阵列被定位于接收携带接收的所述接触输入的信息的反射探测光，并产生光学传感器信号，其中，所述光学传感器模块在不同的时间采集不同的指纹图案，以监测指纹脊图案变形的时域演变，所述指纹脊图案变形的时域演变表示来自所述接触输入的按压力的时域演变。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器模块被构造为测量返回的两个或两个以上不同波长的探测光，以比较所述两个或两个以上不同波长的探测光的消光比，作为表示接收的接触是否来自活人的所述第二信号。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述光学传感器模块被构造为：测量(1)所述两个或两个以上不同波长的探测光的消光比，(2)来自所述接触输入的按压力的时域演变，以确定接收的接触是否来自活人。4.根据权利要求1所述的设备，还包括：电路，被通信地耦合以接收所述光学传感器信号，以处理所述第一信号，以确定检测的图像是否与授权用户的指纹图案匹配，并且处理所述第二信号，以确定所述生物学标记是否表示与所述指纹关联的所述接触输入来自活人的手指。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述电路用于基于所述指纹脊图案变形的所述时域演变，将所述设备从睡眠模式唤醒。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述显示面板是液晶显示面板，所述设备还包括探测光源，所述探测光源产生照亮所述显示面板的一部分的探测光，以光学地检测接收的所述接触输入的存在。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述光源被构造为：发射两个或两个以上不同波长的所述探测光；其中，所述光学传感器模块被构造为：测量(1)所述两个或两个以上不同波长的探测光的消光比，(2)来自所述接触输入的按压力的时域演变，以确定接收的接触是否来自活人。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述显示面板是有机发光显示面板，所述有机发光显示面板包括发光以形成图像的显示像素，其中照亮所述显示面板的一部分，以光学地检测接收的所述接触输入的存在的探测光，来自所述有机发光显示面板的显示像素。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述光学传感器模块被构造为测量由所述有机发光显示面板发射的、返回的两个或两个以上不同波长的探测光，以比较所述两个或两个以上不同波长的探测光的消光比，作为表示接收的接触是否来自活人的所述第二信号。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器模块包括位于所述显示面板和所述光学传感器阵列之间的光学准直器的光学准直器阵列，以空间地选择返回的探测光，以进...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮波，何毅，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44