包括衍射元件的光学指纹传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光学指纹传感器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括衍射元件的光学指纹传感器


[0001]本专利技术涉及光学指纹传感器和包括这样的光学指纹传感器的电子设备，以及用于制造透镜的方法
。

技术介绍

[0002]生物特征系统被广泛用作用于提高个人电子设备例如移动电话等的便利性和安全性的手段
。
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的很大比例的消费电子设备中
。
[0003]光学指纹传感器被知晓已有一段时间，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至图像传感器上
。
[0004]与指纹传感器相关联的问题之一涉及所谓的欺骗手指
(spoof fingers)
，其试图模仿活体指纹，由此欺骗指纹传感器
。
如果欺骗手指的欺诈成功，则对系统的未经授权的访问可能被不期望地批准，或者未经授权的交易可能被批准，这可能导致灾难性的后果
。
[0005]使用光学指纹传感器评估对象的活体性的常用方法是对从对象传送的光进行滤光，并研究例如由传感器检测到的红光的量
。
[0006]然而，这给光学指纹传感器增加了不必要的成本
。
此外，滤光器的添加降低了光学指纹传感器的灵敏度和空间分辨率
。
另外，滤色器通过对红色波长
、
绿色波长和蓝色波长进行整合来收集颜色信息，这将降低不同色调之间的分辨率
。
[0007]因此，在光学指纹传感器中存在检测不同颜色方面的改进的空间
。

技术实现思路

[0008]鉴于上述情况，本专利技术的目的是提供一种光学指纹传感器，其至少部分地缓解了现有技术的上述缺陷
。
特别地，本专利技术的实施方式提供一种光学指纹传感器，其能够将光分离成不同光谱分量而不需要滤色器
。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种光学指纹传感器，包括：包含光电检测器像素阵列的图像传感器；被布置成将从对象传送的光聚焦至像素阵列上的透镜系统；以及至少一个衍射元件，其被配置成将从对象传送并聚焦至像素阵列上的光的光谱分量分离，使得光谱分量跨光电检测器的至少子集分布
。
[0010]本专利技术基于如下实现：在光学指纹传感器中包括衍射元件，以将不同的光谱分量分离，从而避免使用滤色器
。
光学指纹传感器有效地作为光谱仪操作，因为它能够在空间上将光谱分量分离到像素的不同子集上
。
此外，衍射元件可以被专门调谐以提供光谱分量的期望分布，从而在图像传感器的像素上提供光的波长分布
。
[0011]使用衍射元件提供了用于检测不同波长即不同颜色的光以供后续处理的成本有效的方式，而不会降低传感器的灵敏度，因此也不会降低指纹传感器的空间分辨率
。
[0012]图像传感器可以是任何合适类型的图像传感器例如连接至相关联的控制电路系
统的
CMOS
或
CCD
传感器
。
在一种可能的实现方式中，图像传感器是基于薄膜晶体管
(TFT)
的图像传感器，其为显示器下方的生物特征成像传感器提供了成本有效的解决方案
。
用于检测光的这样的图像传感器的操作和控制可以被认为是已知的，并且在本文中不进行讨论
。
图像传感器可以是背面照明
(BSI)
图像传感器或正面照明
(FSI)
图像传感器
。
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
。
[0013]本文中描述的光学指纹传感器适于基于检测可以在可见波长范围和
/
或红外波长范围内的光来执行指纹检测
。
因此，图像传感器可以被配置成检测可见光和红外光中的任何一种
。
[0014]在实施方式中，衍射元件可以被布置成与图像传感器在空间上隔开一定距离，该距离足以使光谱分量在传感器上分离
。
换言之，衍射元件以允许光谱分量散布在光电检测器的至少子集上的方式布置，使得它们可由图像传感器单独检测
。
[0015]空间间隔是可以适于衍射元件的具体实现方式和配置的距离，但是有利地提供光谱分量的充分间隔，使得它们彼此独立地可检测，即通过像素的不同子集可检测
。
衍射元件与光电检测器像素阵列之间的空间间隔可以从约
0.3mm
至约
1.3mm
，例如约为
0.5mm
，或者约为
0.7mm
，或者约为
0.9mm
，或者约为
1mm。
[0016]在实施方式中，衍射元件可以适于提供与指纹结构频率不同的光谱分量的空间分布
。
光谱分量的空间分布以与每单位长度
/
或像素的光谱分量的数量相关的空间频率来分布
。
类似地，指纹结构频率是每单位长度
/
或像素的指纹的结构
。
通常，光谱分量与指纹结构信号叠加在一起
。
通过配置衍射元件使得光谱分量的空间频率与指纹结构的分布的空间频率不同，传感器对指纹信号的灵敏度得到改善，或者至少较少受到光谱分量的分布的影响
。
此外，它允许在指纹信号的影响较小的情况下检测不同的光谱分量
。
更进一步，它允许对由图像传感器检测到的信号进行滤波，以从光谱分量信号分离指纹信号
。
例如，如果指纹结构处于比光谱分量分布频率更高的频率，则可以对来自图像传感器的图像数据进行低通滤波以检测光谱分量，即从指纹信号分离光谱分量
。
类似地，可以对来自图像传感器的图像数据进行高通滤波以检测指纹信号
。
[0017]衍射元件可以以不同的方式配置，并且例如可以包括至少一个狭缝
、
或光栅或折射率的变化，用于将光分离成光谱分量
。
[0018]优选地，光电检测器像素的子集是多于一个像素
。
[0019]在实施方式中，光学指纹传感器可以被配置成使用光谱分量中的信息用于欺骗检测
。
例如，通过将不同光谱分量的强度彼此比较，可以得出检测对象是活体手指还是欺骗对象
。
另一个示例是分析所获取的图像中的整个光谱以进行反欺骗
。
依赖于比较不同颜色或分析光谱以进行反欺骗的各种算法或方案本身是已知的，并且在本文中将不进行详细讨论
。
因此，众所周知，与诸如手指的活体对象的光谱相比，欺骗对象反射的光具有不同的光谱
。
[0020]衍射元件可以布置在光学指纹传感器的光学叠层中的各个位置
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种光学指纹传感器
(100)
，被配置成布置在至少部分透明的显示面板
(102)
下方并且被配置成捕获位于所述至少部分透明的显示面板的相对侧的对象的图像，所述光学指纹传感器包括：图像传感器
(106)
，所述图像传感器包括被配置成检测光以用于执行指纹检测的光电检测器像素阵列
(108)
；透镜系统
(116)
，所述透镜系统被布置成将从对象
(104)
传送的光聚焦至所述光电检测器像素阵列上；以及衍射元件
(120)
，所述衍射元件被配置成将从所述对象传送并聚焦至所述光电检测器像素阵列上的光的光谱分量在空间上分布，其中，所述衍射元件被布置成与所述图像传感器在空间上隔开距离
(D)
，所述距离
(D)
足以使所述光谱分量在空间上散布到所述图像传感器的光电检测器的不同子集上，其中，所述衍射元件被布置在与所述透镜系统的晶片级光学透镜集成的晶片级光学器件的衬底上
。2.
根据权利要求1所述的光学指纹传感器，所述衍射元件适于提供与指纹结构频率不同的所述光谱分量的空间分布
。3.
根据前述权利要求中任一项所述的光学指纹传感器，其中，所述衍射元件包括至少一个狭缝
、
或光栅或折射率变化，用于将光分离成光谱分量
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的光学指纹传感器，被配置成使用所述光谱分量中的信息用于欺骗检测
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的光学指纹传感器，其中，所述衍射元件被集成在所述透镜系统中
。6.
根据权利要求5所述的光学指纹传感器，其中，所述衍射元件布置在所述透镜系统中的透镜的表面
(604)
上
。7.
根据权利要求5所述的光学指纹传感器，其中，所述透镜系统包括至少一个菲涅耳透镜，所述至少一个菲涅耳透镜包括构成至少一个衍射元件的凹槽
。8.
根据权利要求1至5中任一项所述的光学指纹传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
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：