包括形成在图像传感器上的波导的用于红外成像的生物计量成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生物计量成像装置，其包括：包括检测器像素阵列的图像传感器，该检测器像素阵列被配置成检测从对象发射的红外辐射以用于捕获图像；波导结构，该波导结构布置在图像传感器上以覆盖检测器像素阵列，该波导结构包括光学解耦区域，光学解耦区域被配置成当对象被放置用于成像时将从波导结构的侧面接收的红外光朝向对象正交地重定向。红外光朝向对象正交地重定向。红外光朝向对象正交地重定向。

Biometric imaging device for infrared imaging including a waveguide formed on an image sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括形成在图像传感器上的波导的用于红外成像的生物计量成像装置


[0001]本专利技术涉及生物计量(biometric)成像装置、电子设备以及用于制造生物计量成像装置的方法。

技术介绍

[0002]生物计量系统被广泛用作用于提高个人电子设备(诸如移动电话等)的便利性和安全性的工具。特别地，指纹感测系统现在被包括在所有新发布的消费电子设备(诸如移动电话)中的大部分消费电子设备中。
[0003]光学指纹传感器为人所知已有一段时间，并且在某些应用中可以是例如电容式指纹传感器的可行替代。光学指纹传感器可以例如基于针孔成像原理，和/或可以采用微通道，即准直器或微透镜，以将入射光聚焦到图像传感器上。
[0004]最近，将光学指纹传感器布置在电子设备的显示器下方引起了人们的兴趣。对于光学指纹传感器，重要的是在捕获位于显示器上的手指的图像时为手指提供足够的照射。
[0005]为了避免将其他光源添加至显示器下方已经狭窄的空间，来自显示器本身的光可以用作光源。然而，在某些情况下，例如在黑暗的房间中，这可能令人感到烦扰，在黑暗的房间中，当光从显示器漏出时光是可见的。
[0006]因此，存在着对于以下生物计量传感器的期望：该生物计量传感器提供较少令人烦扰的用户干扰，并且可以组装在电子设备的显示器下方。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术的以上提及的缺点和其他缺点，本专利技术的目的是提供改善用户体验的生物计量成像装置。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了一种生物计量成像装置，其包括：图像传感器，该图像传感器包括检测器像素阵列，检测器像素阵列被配置成检测从对象发射的红外辐射以用于捕获图像；波导结构，该波导结构布置在图像传感器上以覆盖检测器像素阵列，该波导结构包括光学解耦区域，光学解耦区域被配置成当对象被放置用于成像时将从波导结构的侧面接收的红外光朝向对象正交地重定向。
[0009]本专利技术基于以下认识：使用红外光照射手指并获取对象的红外图像。这使得使用人眼不可见的照射。此外，专利技术人认识到使用波导结构将红外光引导到对象，并且该波导结构布置在图像传感器上，即，波导结构不是布置在图像传感器的侧面或与图像传感器分离。以这种方式，即使在经常围绕生物计量传感器的狭窄空间中，也可以以合理的低成本进行生物计量成像装置的组装。此外，专利技术人认识到将波导结构设计成对红外光进行正交地重定向，因此，用于照射对象的红外光可以从侧面射入，随后被朝向对象正交地重定向。这还使得能够以传统方式组装生物计量成像装置，例如将生物计量成像装置组装在电子设备的显示器下方的经常狭窄的空间中。
[0010]此外，通过本专利技术，波导结构布置在图像传感器上，即，波导结构被定位成靠近图像传感器上的指纹的图像平面。因此，靠近图像平面进行对被发射以用于照射手指的光的解耦，这有利地使得照射手指的正确地方。这至少部分地由于布置在图像传感器与手指(手指在图像传感器上产生图像)之间的光学器件也在手指上产生图像传感器的图像，由此，通过从图像平面附近提供照射，照射手指的正确部分。手指的正确部分是图像传感器“看到”的手指部分，即，通过图像传感器上方的光学堆叠体的光学部件投影到图像传感器上的部分。
[0011]虽然光学解耦区域可以以各种方式来配置，但是其目的是将从波导结构的侧面接收到的光正交地重定向为离开波导和图像传感器像素阵列并且朝向待照射的对象。正交地重定向可以被认为与由波导结构引导的入射光的轴成大约90度角。波导被布置成在其侧面接收光，并通过光学耦合将光引导至光学解耦区域。波导被配置成引导红外光。
[0012]波导可以通过全内反射引导红外光。因此，光学解耦区域可以被配置成：在与波导结构的主平面正交的方向上，将红外光从全内反射引导中解耦，并且从波导结构正交地解耦出来，其中，该波导结构在主平面中具有其主要延伸。
[0013]在本文中红外光被理解为包括以下范围中的波长的光：该范围覆盖“近红外”光至“远红外”光，并且包括“远红外”光。因此，在本文中红外光被理解为波长为大约700纳米(大约430THz)到大约1毫米(300GHz)的光。优选地，用于本文实施方式的红外光在大约900纳米到大约1微米的范围内，诸如在930nm到960nm的范围内，或940nm。红外光可以为大约940nm。
[0014]图像传感器可以是连接至关联控制电路的任何合适类型的图像传感器，诸如CMOS或CCD传感器。在一种可能的实现中，图像传感器是基于薄膜晶体管(TFT)的图像传感器，其为显示器下方的指纹成像传感器提供了有成本效益的解决方案。可以认为这样的用于检测红外光的图像传感器的操作和控制是已知的，并且本文中将不讨论。TFT图像传感器可以是背照式TFT图像传感器或前照式TFT图像传感器。TFT图像传感器可以被布置为热区、大面积或全显示器解决方案。检测器像素阵列可以被认为是光电检测器像素阵列。
[0015]在实施方式中，波导结构可以直接附接在图像传感器上。这有利地为生物计量成像装置提供了低的光学堆叠。
[0016]波导结构在检测器像素阵列侧直接附接在图像传感器上，以覆盖检测器像素阵列。
[0017]优选地，波导结构可以直接制造在图像传感器上。换句话说，在图像传感器的制造期间，用于波导结构的材料可以直接沉积在图像传感器上以覆盖检测器像素阵列。这使得更进一步减小光学堆叠的尺寸并且使波导非常靠近图像平面。
[0018]通过将波导直接制造在图像传感器上或者通过将波导附接至图像传感器来将波导布置在图像传感器上，有利地使得靠近对象(诸如传感器上的指纹)的图像平面进行解耦。因此，解耦的红外光被投射到对象/手指上的正确地方。
[0019]生物计量成像装置可以被配置成布置在包括显示器的电子设备的显示面板下方，并且获取位于显示面板的相对侧的对象的图像。
[0020]在实施方式中，波导结构可以包括光栅图案，该光栅图案适于形成光学解耦区域，以用于将红外光重定向为穿过显示器中的开口并且朝向对象。光栅图案可以是提供折射率变化的任何图案。因此，它可以是材料或物理结构的变化。例如，光栅图案是能够通过例如
分光和/或衍射来重定向红外光的结构。光栅图案可以包括由波导的材料制成的结构。光栅图案可以是周期性的，或者可以包括非周期性的图案。
[0021]优选地，波导结构的解耦区域被布置成与显示器中的开口对准。这提高了充分照射对象以用于成像的能力。
[0022]优选地，光栅图案的尺寸与超出可见光谱的光的波长基本相同。这使得朝向对象对光进行有效解耦。光栅的尺寸可以与由光源发射、由波导结构接收的红外光的波长大致相同。
[0023]在实施方式中，至少一个透镜可以布置在波导结构和显示面板之间，该透镜被配置成将从对象发射的红外光重定向到光电检测器像素阵列上。这样的至少一个透镜可以是相机型透镜或微透镜或微透镜阵列。
[0024]生物计量成像装置可以包括用于产生红外光的红外光源。这样的光源优选地布置在图像传感器或显示面板的外周边或边缘处。因此，光源被布置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生物计量成像装置，包括：图像传感器，所述图像传感器包括检测器像素阵列，所述检测器像素阵列被配置成检测从对象发射的红外辐射以用于捕获图像，波导结构，所述波导结构直接附接在所述图像传感器的检测器像素阵列侧以覆盖所述检测器像素阵列，所述波导结构包括光学解耦区域，所述光学解耦区域被配置成当所述对象被放置用于成像时将从所述波导结构的侧面接收的红外光朝向所述对象正交地重定向。2.根据权利要求1所述的生物计量成像装置，其中，所述波导结构是覆盖所述检测器像素阵列的薄膜。3.根据权利要求1和2中任一项所述的生物计量成像装置，其中，所述波导结构被直接制造在所述图像传感器上。4.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像装置，被配置成布置在包括显示器的电子设备的显示面板下方，并且被配置成获取位于所述显示面板的相对侧的所述对象的图像。5.根据权利要求4所述的生物计量成像装置，其中，所述波导结构包括光栅图案，所述光栅图案适于形成所述光学解耦区域，以用于将所述红外光重定向为穿过所述显示器中的开口并且朝向所述对象。6.根据权利要求5所述的生物计量成像装置，其中，所述波导结构的所述解耦区域被布置成与所述显示器中的开口对准。7.根据权利要求5和6中任一项所述的生物计量成像装置，其中，所述光栅图案的尺寸与超出可见光谱的光的波长基本相同。8.根据权利要求4至7中任一项所述的生物计量成像装置，包括布置在所述波导结构和所述显示面板之间的至少一个透镜，所述透镜被配置成将从所述对象发射的红外光重定向到光电检测器像素阵列上。9.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像装置，包括用于产生所述红外光的红外光源。10.根据权利要求9所述的生物计量成像装置，其中，所述红外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：指纹卡安娜卡敦知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：