CN106233305A - 指纹感测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供针对用于指纹辨识的薄型高对比度光学采集系统的方法及设备。在一个实施例中，一种用于确定指纹的有效性的设备包含光折射装置(光折射器)、光源、光收集装置及控制器。所述光折射装置可(例如)为具有反向电流测量及放大电路的TFT光面板结构或有源矩阵有机发光二极管AMOLED面板结构，且包含成像表面及观察平面。来自所述光源的入射光直接或间接投射到所述成像表面上以从所述投射光产生图案化对象的图像到所述观察平面上。与常规光学指纹采集设备相比，所述设备经配置以具有薄的形状因子，其可能是柔性或可保形的。

Description

指纹感测设备

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2014年8月19日申请的第14/463,062号美国申请案的权益，其主张2014年6月5日申请的第62/008,242号美国临时申请案“指纹感测设备(FingerprintSensing Apparatus)”的权益，其中所述两个美国申请案转让给其受让人。前述美国申请案借此以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及指纹检测系统的领域。特定来说，本发明涉及一种用于指纹辨识的薄型高对比度光学采集系统。

背景技术

各种指纹辨识装置已用于商业及军事应用。许多此类常规指纹辨识装置致力于将所捕获的指纹的图案匹配到现有指纹样本数据库。如果找到匹配，那么认为指纹有效，但如果未找到匹配，那么认为指纹无效。

经开发用于移动装置及平台的应用程序通常需要安全的电子交易，且指纹辨识开始在使此类交易更安全以及更方便方面发挥重要作用。将常规指纹辨识装置用于移动应用程序的缺点中的一者在于其物理形状因子不适于移动装置及移动平台。所述装置必须附接到移动装置或嵌入移动装置内。常规光学指纹采集装置可能体积较大且与移动装置无缝地集成可能具有挑战性。

因此，期望具有一种用于指纹辨识的薄型高对比度光学采集系统，其可解决常规指纹辨识装置的上述问题。

发明内容

提供用于指纹感测设备的方法及系统。在一个实施例中，一种用于确定指纹的有效性的方法包含：从多个光源确定用于将光发射到指纹的一组光源；从多个传感器区确定用于感测来自所述指纹的散射光的一组传感器区；确定传感器区与光源之间的最小距离以用于感测来自所述指纹的选择性散射光；从所述组光源发射光以从所述指纹产生散射光；在所述组传感器区中感测所述散射光；及使用在所述多个传感器区中感测到的散射光确定所述指纹的有效性。

在另一实施例中，一种用于确定指纹的有效性的设备包含光折射装置(光折射器)、光源、光收集装置及控制器。所述光折射装置可例如为具有反向电流测量及放大电路的有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)面板结构，且包含成像表面及观察平面。来自所述光源的入射光直接或间接投射到所述成像表面上以从所述投射光产生图案化对象的图像到所述观察平面上。与常规光学指纹采集设备相比，所述设备经配置以具有薄的形状因子，其可能为柔性或可保形的。所述AMOLED面板包含光源面板以及光收集装置。可将所述指纹感测设备实施为单元内结构。

在另一实施例中，一种用于确定指纹的有效性的设备包含光折射装置(光折射器)、光源、光收集装置及控制器。所述光折射装置可例如为薄膜晶体管(TFT)面板且包含成像表面、光接收表面、观察平面及光收集装置。所述光源可为离散光源的可个别寻址面板，例如液晶显示器(LCD)面板或AMOLED面板。来自所述光源的入射光经投射通过所述光接收表面且直接或间接投射到所述成像表面上以从所述投射光产生图案化对象的图像到所述观察平面上。与常规光学指纹采集设备相比，所述设备经配置以具有薄的形状因子，其可能为柔性或可保形的。可将所述TFT面板实施为放置于所述光源面板的顶部上的附加面板。

附图说明

在结合以下图式的非限制性及非穷举性方面阅读本发明的实施例的详细描述之后，将更清楚理解本发明的前述特征及优点以及其额外特征及优点。贯穿图式使用相似数字。

图1A说明根据本发明的方面的基于指纹的脊线的照明的光特性。图1B说明根据本发明的方面的基于指纹的谷线的照明的光特性。

图2说明根据本发明的方面的来自两个光源的潜在干涉问题。

图3A说明根据本发明的方面的避免来自两个光源的有关来自指纹的脊线的散射光的干涉的示范性方法。图3B说明根据本发明的方面的避免来自两个光源的有关来自指纹的散射光的干涉的示范性方法。图3C说明根据本发明的方面的避免来自两个光源的有关来自指纹的散射光的干涉的另一示范性方法。图3D说明根据本发明的方面的图3C的实例的光强度重叠的曲线图。

图4A说明根据本发明的方面的图3A的示范性方法的侧视图。图4B说明根据本发明的方面的图3A的示范性方法的俯视图。

图5A说明根据本发明的方面的解决多个非重叠光源及传感器区的示范性实施方案。图5B说明根据本发明的方面的解决多个非重叠光源及传感器区的另一示范性实施方案。

图6A说明根据本发明的实施例的扫描指纹的示范性实施方案。图6B说明根据本发明的实施例的扫描指纹的另一示范性实施方案。图6C说明根据本发明的方面的在相邻传感器区之间用于避免干涉的示范性分隔。

图7A说明捕获并验证指纹图像的方法；图7B说明从多个光源确定用于将光发射到指纹的一组光源的方法；图7C说明在一组传感器区中感测散射光的方法；图7D说明使用在多个传感器区中感测到的散射光确定指纹的有效性的方法；且图7E说明根据本发明的方面的捕获并验证图7A的指纹图像的另一方法。

图8A说明根据本发明的方面的收集传感器数据的示范性实施方案。图8B说明根据本发明的方面的收集传感器数据的另一示范性实施方案。图8C说明根据本发明的方面的收集传感器数据的又一示范性实施方案。图8D说明根据本发明的方面的收集传感器数据的又一示范性实施方案。图8E说明根据本发明的方面的收集传感器数据的又一示范性实施方案。

图9说明根据本发明的方面的控制对应有源传感器区上的光发射锥体的效果。

图10A说明根据本发明的方面的具有指纹传感器的单向OLED；图10B说明根据本发明的方面的具有指纹传感器的双向OLED；图10C说明根据本发明的方面的具有指纹传感器的可保形OLED；图10D说明根据本发明的方面的示范性OLED结构。

图11A说明根据本发明的方面的具有正向偏压的示范性子像素电路单元；图11B说明根据本发明的方面的具有反向偏压的示范性子像素电路单元。

图12说明根据本发明的方面的具有RGB子像素的示范性像素电路单元。

图13说明根据本发明的方面的使用AMOLED的指纹采集的过程。

图14说明根据本发明的方面的用于指纹辨识的薄型高对比度光学采集系统的示范性控制器。

图15说明根据本发明的方面的使用薄膜晶体管(TFT)面板结构的示范性光感测面板。

图16说明根据本发明的方面的示范性指纹检测系统。

图17说明根据本发明的方面的示范性面板结构。

具体实施方式

提供用于指纹感测设备的方法及系统。呈现下文描述以使所属领域的技术人员能够制造并使用本发明。仅作为实例提供特定实施例及应用的描述。所属领域的技术人员将易于明白本文中所描述的实例的各种修改及组合，且在不背离本发明的范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它实例及应用。因此，本发明不希望限于所描述及展示的实例，而是范围应与本文中揭示的原理及特征一致。用语“示范性”或“实例”在本文中用于表示“用作实例、例子或说明”。本文中被描述为“示范性”或“实例”的任何方面或实施例不一定被解释为优于或胜过其它方面或实施例。

下文详细描述的一些部分已参考针对信息的操作的流程图、逻辑块及其它符号表示呈现，所述操作可在计算机系统上执行。本文将程序、计算机执行步骤、逻辑块、过程等等构想为导致所期望结果的一或多个步骤或指令的自洽序列。所述步骤是利用物理量的物理操控的步骤。这些量可采取能够在计算机系统中存储、传送、组合、比较及以其它方式操控的电信号、磁信号或无线电信号的形式。这些信号有时可被称为位、值、元素、符号、字符、项、数字或类似物。每一步骤可由硬件、软件、固件或其组合来执行。

在图1A中，作为像素面板的指纹采集设备的图式展示入射光，所述入射光从光发射平面中的光源组件L行进，通过光学结构到成像表面且从成像表面行进到光发射平面中的光收集(传感器)组件S。入射光与放置于成像表面上的手指相互作用，且从成像表面反射、折射或散射。所述像素面板经配置使得存在多个发光像素及多个传感器像素，所述多个发光像素用作离散光源，所述多个传感器像素用于接收载送指纹图像信息的光。用作光源或传感器的光组件可为在光发射平面中布置为可寻址图案的像素或子像素。所述像素面板可为显示器面板或非显示器面板但不限于LED或TFT类型显示器面板。

对于实施为附加面板的TFT类型的光折射器，尽管光源组件定位于光折射器下方的光源面板中，但光发射平面可被视为与光收集平面相同的平面，这是因为TFT面板的单元的透明区域与光源面板的单元的透明区域对准。对于单元内实施的LED类型的光折射器，光发射平面及光收集平面两者是同一平面。

以下部分描述可如何根据本发明的方面捕获指纹图像。在一种方法中，以小于光折射器/空气界面处的临界角的入射角从一个光源L投射光到成像表面上。当入射光撞击放置手指的成像表面时，所述入射光将被脊线及谷线两者散射，但角度及强度不同。脊线将跨越比谷线更广的范围的角散射光。更具体来说，从脊线散射的光将在比从谷线散射的光击中的区域更大的区域内击中发射平面。本发明的传感器区可鉴于散射光的特性来确定，且其可经配置以区别被两个表面形貌特征散射的光。

散射范围的差异归因于空气的存在，其中在成像表面处存在谷线。由于入射光的角小于临界角，所以光从像素面板传递出来、通过成像表面到空气中、撞击谷线、散射、重新进入像素面板并折射。因为折射，所以谷线将光散射到发射平面上的比脊线的区域更小的区域内(例如，如图4A中所展示的半径r₀内)。谷线及脊线两者都可将光散射到相同的小区域中；从脊线散射的光与从谷线散射的光之间不存在差别，因此，光未收集于接近于光源的小区域中。但脊线可将光散射到小区域外；因此，光收集于小区域外。像素面板跨越可控制区域提供多个传感器以收集用于产生高对比度指纹图像的精确区分的光。

在图1A中所展示的实例中，光撞击脊线触碰成像表面之处。部分入射光被脊线吸收，而其余光朝向光发射平面散射。传感器S接收散射光射线。由传感器S接收到的光的强度指派到对应于由来自光源L的入射光照明的点的位置。脊线的图像将显得明亮。

在图1B中所展示的实例中，光撞击其中存在谷线的表面。光穿过所述表面并撞击所述谷线。部分光被谷线吸收，而其余光散射。部分散射光通过成像表面重新进入光学结构且与成像表面的法线呈角α_R折射。折射光射线在与光源相距距离x处击中光发射平面。此距离x受光折射器/空气界面处的临界角限制；x还取决于谷线的深度及光学结构的厚度(th)。在与光源相距超过某一距离(x(max))的情况下，将无光折射到光发射平面上，这是因为折射角受临界角限制。杂散光可达到超过x(max)，但其可被忽略，这是因为其强度将是可忽略不计的。由传感器S接收到的光的强度指派到对应于由来自光源L的入射光照明的点的位置；因此，定位为超过x(max)的传感器将把谷线的图像记录为暗的。

为使用单个光源L辨别指纹脊线或谷线，光学成像设备可经配置以使得当L激活时对个别像素、多个像素或像素区域进行寻址。所有传感器S可定位为与L相距预定距离x_S(例如x_S<x(max))内，可被忽略不计、不使用或关闭，且至少一个传感器S可定位为与L相距预定距离x_S(例如x_S>x(max))，可开启，且射入光被收集；此类传感器被称为有源传感器。所述有源传感器将接收仅从脊线散射的光，这是因为在超过临界角的情况下或超过距离x(max)(但可忽略不计的杂散光除外)的情况下，从谷线散射的光无法被光学结构折射。以下段落描述一种用于在照明点处存在谷线的情况下计算x(max)的值的方法。

在入射光穿过成像表面之后，其在空气中撞击谷线并散射。部分此散射光在与原始入射光的轴相距距离x(air)处重新进入光学结构且在光学结构中折射，从而与成像表面的法线形成角α_R。X(max)可计算为：x(max)＝x(air)+厚度(th)*tan(α_R)。

α_R的最大可能值是光折射器/空气界面处的临界角，但α_R实际上可能小于临界角。x(air)的最大值近似谷线宽度w。因此，x(max)可通过以下表达式估计为：x(max)＝w+厚度*tan(临界角)。

指纹采集设备可经设计以具有较大x(max)以减少杂散光的检测，这将减小敏感度，但将由指纹脊线及谷线的较大清晰度及区别补偿。然而，在一些应用中，可选择较小x(max)以提高敏感度而不使对比度降低到无法容忍的水平。由于谷线的宽度可在照明点之间变化，所以在一些其它应用中，足够大的x(max)值经估计以覆盖可在此类应用中遇到的谷线宽度的可能范围。如果存在两个或两个以上有源传感器，那么可比较由一个传感器接收到的光的强度与由另一传感器接收到的光的强度以计算对应于照明点的总亮度。

可组合从各种照明点接收到的光的所测量或所计算强度以描绘出对应于每一照明点的指纹的表面形貌。较亮区域指示较高高度(例如，脊线)，而较暗区域指示较低高度(例如，谷线)。

根据本发明的方面，可在超过x(max)的较大距离处收集散射光。但出于以下原因，在距离太远处收集散射光可能不切实际：(a)光强度在距离照明点更远处下降，这将减小敏感度；(b)将产生过量冗余数据，其将浪费存储及处理资源；及/或(c)可有利地使用多个同步光源使数据收集加速。为了更快速扫描整个指纹，一种方法是一次从一个以上光源照明一个以上点。

在图2中，光同时从分隔达距离x_L的两个光源投射到成像表面上，每一光源具有小于光折射器/空气界面处的临界角的入射角。光源L1定位为过于接近光源L2，以致造成干涉：一个传感器接收来自从两个照明点(例如两个脊线)散射的射线的光。为避免由干涉造成的成像假影及低对比度的问题，x_L可足够大使得有源传感器不接收来自从两个单独照明点散射的射线的重叠光，如图3A及图3B中所展示。在这些图中，忽略不计、不使用或关闭定位为与L相距小于x(max)的距离的传感器，且定位为与光源相距介于r₀与r(其中r₀>x(max)且r>r₀)之间的距离的至少一个传感器是有源传感器(图4A及图4B)。

r的值可选择为其中击中发射平面的散射光强度减小到所期望阈值(例如＜20％、＜10％、＜5％、1％或＜在r₀处击中发射平面的散射光强度的1％)的距离。在超过距离r的情况下，如果x_L(min)不够大，那么较低强度散射光可促进干涉。在此类应用中，缓冲区可附加在有源传感器外以避免有源传感器处的干涉。对于一些其它应用，如果此类较低强度光可忽略不计，那么可容忍干涉。对于一些其它应用，r可选择为小到稍大于r₀。根据本发明的方面，x_L(min)被称为两个光源之间的最小距离，所述两个光源可被同时照明使得至少一个有源传感器将不会接收来自从由其它光源照明的点反射、折射或散射的光的干涉。

根据本发明的方面，可通过使用针对光强度衰减的数个模型估计x_L(min)。在一种方法中，最小距离可计算为x_L(min)＝2*脊线宽度+函数(1/x_S ²)。x_S是从传感器到其对应光源L的距离。如果假设针对衰减的半球状模型，那么强度将减小1/x_S ²。α_S是由传感器S接收到的散射光射线与光发射平面的法线所成的角。如果到成像表面法线的入射角α_i是0度，那么x_S＝th*tan(α_S)。所述函数确定在光强度变得可忽略不计处x_S的可能距离。为改进指纹图像的对比度，光学成像设备可经配置使得来自两个照明点的光不重叠。为此，x_L(min)需要足够大但不大到使其不切实际。x_L(min)可足够小以允许可忽略不计光的重叠。可针对可忽略不计的光强度确定阈值。

在另一方法中，为避免具有来自由两个脊线散射的光的干涉的最坏情况，最小距离可计算为x_L(min)＝2*r+x_B。x_B表示定位于相邻有源传感器区之间的缓冲区的宽度，其中不感测散射光，光强度变得可忽略不计或来自两个照明点的散射光可重叠而不造成使图像劣化的干涉。可针对特定设计要求确定光强度变得可忽略不计的阈值。举例来说，所述强度可在其变成＜30％、＜20％、＜10％、＜5％、1％或＜r₀处的光强度的1％时变得可忽略不计。为改进指纹图像的对比度，光学成像设备可经配置使得从两个照明点散射且收集于其相应有源传感器区中的光不重叠。为此，x_L(min)需要足够大但不大到使其不切实际。x_L(min)可足够小以对于某些应用允许可忽略不计的光的可容忍重叠(例如图5A中所展示)。图3C说明根据本发明的方面的避免来自两个光源的有关来自指纹的散射光的干涉的另一示范性方法。图3D说明根据本发明的方面的图3C的实例的光强度重叠的曲线图。

有源传感器区可包含一个光源及将不会接收来自另一光源的照明点的干涉的至少一个有源传感器。所述有源传感器区可为围绕由半径r限定的一个光源L的圆形区域。此区包含定位于具有内半径r₀>x(max)及外半径r>r₀的圆环内的至少一个有源传感器(图4A及图4B)。

为缩短获得指纹的完整图像所需的时间，可同时激活多个非重叠有源传感器区。如果给定应用可容忍归因于重叠的干涉，那么缓冲区可重叠。在图5A及图5B中展示呈不同定向阵列的多个有源传感器区的实例。在照明一组区且收集光信息之后，取消激活所述组，且例如在一系列水平扫描及垂直扫描或两种不同扫描方法的组合中以空间及时间递增而激活另一组区(图6A及图6B)。此扫描过程重复直到收集到指纹的所期望信息量以组合图像为止。图像质量及扫描/处理速度可通过调整区的布置来优化。

例如图5A中的经激活传感器区可跨越整个成像区域布置为行、列或其它构造，其允许高效的像素寻址及数据收集。图5B展示更紧密封装传感器区以改进指纹扫描的效率的实例。空间可添加于例如图6C中的经激活传感器区之间以减少杂散光从一个区到另一区的泄漏，所述泄漏可造成干涉或引入假影。

为进一步缩短数据收集及处理时间，有源传感器区内的经激活传感器的数目可经减小以形成如图8A中的线或例如图8D中的十字。移除靠近相邻有源传感器区的传感器也可减小来自相邻区的可能干涉。所述线形或十字形区可被布置为例如图8B、8C及8E中的阵列，其可有助于进一步减小重叠及干涉的可能性，同时允许更紧密封装以改进指纹扫描的效率。

为减小有源传感器区大小而不折损高对比度及图像清晰度，可减小光学结构的厚度。此可减小有源传感器区半径r，这允许较紧密区阵列或较大区间间隙，所述较紧密区阵列导致较快扫描，所述较大区间间隙产生较高扫描质量。

在图9中，从光源发射的光可以与光发射平面的法线成范围从0到β的发射角离开像素。如图9中所展示，展示为β的光锥体可撞击成像表面，从而有效地照明圆形区域。成像表面处的入射角α_i的范围将从0到β，从而产生圆形照明区域。此圆形区域中被脊线散射的光将使有源传感器区的半径从r增宽到r’及可能x(max)，使得r₀’>r₀。有源传感器区可进一步隔开以考虑非零β值。来自表面形貌特征的不同区域的重叠的反射、折射或散射光可使指纹图像的清晰度劣化。为减小此劣化，光学设备可经配置以减小β且减小光学结构的厚度，其中任一者可有助于减小照明区域。

为维持高对比度，β不能大于光折射器/空气界面处的临界角。如果β无法减小，那么光折射器的材料可经选择以增大临界角。如果有源传感器区的环归因于非零β而增宽，那么优选地激活每一环内的更多传感器以增大敏感度。替代地，当产生指纹图像时，可使用由更接近于r₀附近的最靠内环的传感器接收到的光，同时可弃用或忽略由其余传感器接收到的光。使用上文所描述的方法，指纹的图像可具有高对比度，其对准确指纹辨识是重要的。

附加类型的光折射器可为柔性的、可保形的或透明的。此类附加光折射器的一个实例可为TFT面板结构，包含在所述面板的底部上、在衬底下方的光感测组件。所述衬底可为例如玻璃、塑料或聚合物。所述TFT面板结构可经配置以连同所述衬底用作光感测面板。

图15说明根据本发明的方面的使用薄膜晶体管(TFT)面板结构的示范性光感测面板。所述TFT面板结构中的每一单元可为被称为感测像素的可寻址光感测组件。在图15中所展示的实例中，捕获传感器1500包含可由SiNx形成的钝化层1518。在钝化层1518的顶部上，形成包含第一电极1515的存储电容器层。此存储电容器层优选地由可导电且透明的氧化铟锡(ITO)形成。在第一电极1515的顶部上，形成优选地由SiNx形成的绝缘层1517。在绝缘层1517上方，形成优选地由氧化锡形成的第二电极1514。第一电极1515、绝缘层1517及第二电极1514一起形成所述存储电容器。在第二电极1514上方，形成可由SiNx形成的另一绝缘层1516。在绝缘层1516上方放置一层玻璃层1511。在本文中可被称为成像表面的玻璃层1511上放置待成像的指纹。

在钝化层1518上水平地布置光感测单元1512及切换单元1513，光感测单元1512优选地为薄膜晶体管，切换单元1513也优选地为薄膜晶体管。在钝化层1518下方，背光1520向上照射光以使其穿过指纹捕获传感器1500。如图15中所展示，背光1520可与钝化层1518的下暴露表面分隔。然而，也认为背光1520抵靠钝化层1518的下表面放置。背光1520可为LED或任何其它类型的光源。光感测单元1512的源极电极1512-S及切换单元1513的漏极电极1513-D通过第二电极1514电连接。光感测单元1512的栅极电极1512-G连接到第一电极1515。此外，在切换单元1513处，第一光屏蔽层1513-sh放置于绝缘层1517与钝化层1518之间。如下文所详述，第一光屏蔽层1513-sh阻止来自背光1520的光到达切换单元1513。此外，在切换单元1513处，第二光屏蔽层1522定位于玻璃层1511与绝缘层1516之间以屏蔽切换单元1513不受穿过玻璃层1511或从玻璃层1511反射的光的影响。

在上述结构中，光敏层1512-P(例如非晶硅(a-Si:H))形成于光感测单元1512的漏极电极1512-D与源极电极1512-S之间。应注意，光敏层1512-P允许电流响应于预定量的光撞击光敏层1512-P的表面而流动。以此方式，当在光敏层1512-P的表面处接收到超过预定量的光时，电流流动通过漏极电极1512-D及源极电极1512-S。

根据本发明的方面，在制造捕获传感器1500的方法中，首先经由蒸镀、溅镀或任何其它方法在玻璃层1511上放置第二光屏蔽层1522。玻璃层1511优选地在约5与10um之间，但可更厚或更薄。光屏蔽层1522优选地由例如铝的金属形成，但可由任何合适的光阻挡材料形成。接着，在玻璃层1511及第二光屏蔽层1522的顶部上形成绝缘层1516。如上文所述，绝缘层1516优选地由SiNx形成。接着，在绝缘层116上方形成光敏层1512-P。如上文所论述，光敏层1512-P优选地由a-Si:H形成。接着，在绝缘层1516上方形成光感测单元1512的源极电极1512-D、第二电极1514及切换单元1513的漏极电极1513-D。源极电极1512-D、第二电极1514及漏极电极1513-D优选地各自由ITO形成，但可由任何合适导体形成。接着，形成绝缘层1517且在绝缘层1517上方形成第一电极1515。绝缘层1517优选地由SiNx形成且第一电极1515优选地由ITO形成，但可由任何合适导体形成。接着，形成光感测单元1512的栅极电极1512-G及光屏蔽113-sh。优选地，栅极电极1512-G及光屏蔽层1513-sh各自由ITO形成，但可由任何合适材料形成且光屏蔽层1513-sh无需由与栅极电极1512-G相同的材料形成。接着，在第一电极1515、栅极电极1512-G及光屏蔽层1513-sh上方形成优选地由SiNx形成的钝化层1518。如上文所论述，背光1520可附接到钝化层1518的下暴露表面或被单独支撑。

在另一实施方案中，图像捕获传感器可具有基本上与图15中所展示的捕获传感器相同的结构，除导电ITO层放置于玻璃层下方且可由SiNx形成的绝缘层放置于ITO层下方外。因为ITO层是导电的，所以积累于玻璃层上的静电电荷可通过将ITO层接地而放电。这可防止对捕获传感器造成损害。可以基本上与图像捕获传感器相同的方式制造图像捕获传感器，除在于绝缘层上方形成光屏蔽层之前，在玻璃层上方形成ITO层且在ITO层上方形成绝缘层外。

在又一实施方案中，图像捕获传感器可具有基本上与图15中所展示的捕获传感器相同的结构。具体来说，所述捕获传感器包含基本上与光感测单元相同的光感测单元及基本上与切换单元相同的切换单元，其形成于绝缘层与钝化层之间。然而，在绝缘层上方，捕获传感器包含具有在垂直于衬底层的表面的方向上延伸的多个光纤束的衬底层。优选地，形成衬底层的光纤束330a的直径为从大约4um到大约8um的直径且直径优选地为大约6um，但也可使用更大或更小直径。衬底层可由玻璃光纤束330a或其它基本上透明的材料(包含聚合物)的光纤束形成。光纤片可用于形成所述衬底层。

可将光传感器面板实施为附加面板，所述附加面板放置于光源面板的顶部上。所述光源面板可为例如LCD面板或AMOLED面板。图16说明示范性指纹检测系统，其中TFT类型光传感器面板放置于LCD显示器面板结构的顶部上作为附加面板。在此实例中，TFT类型光传感器面板放置于LCD面板结构的顶部上作为附加面板。所述TFT类型光感测面板的感测像素可个别寻址且可根据指定传感器区图案激活。

如果在光传感器面板中存在不透明区域，那么这些区域可与光源面板的不透明区域对准。图17说明与LCD面板结构对准的示范性TFT光传感器面板，其中所述TFT光传感器面板的不透明组件与所述LCD显示器面板结构的黑色矩阵区域对准。在此实例中，TFT光传感器面板与所述LCD面板结构对准。TFT光传感器面板上的不透明组件与LCD面板结构对准。TFT光传感器面板上的不透明组件与LCD显示器面板结构上的黑色矩阵区域对准。

LCD显示器面板的黑色矩阵区域不透明且因此将阻挡显示器背光的透射。光传感器面板可经设计使得其不透明区域可与LCD面板的黑色矩阵区域对准。当LCD显示器发射光通过LCD显示器的透明区域时，此光可用作光传感器面板的光源。根据指定照明图案，LCD显示器可个别地控制单元(可个别寻址)以作为离散光源发射光，所述光源被投射到光折射器中。

如上文所描述，光折射装置也可例如为放置于LCD或AMOLED显示器面板结构的顶部上作为光源面板的薄膜晶体管(TFT)附加面板。来自所述光源面板的入射光投射通过光接收表面且直接或间接投射到成像表面上以从所述投射光产生图案化对象的图像到观察平面上。此指纹感测设备在实施在移动装置中时，也可用作触摸传感器。

根据本发明的方面，顶部发射及底部发射类型OLED结构两者(图10A)都可用作指纹采集设备的主要组件。若干不同类型的OLED装置(例如小分子OLED、聚合物OLED或基于溶液的OLED)可用作主要OLED装置结构。透明及不透明OLED面板两者都可用作指纹采集设备的主要组件(图10B)。薄型面板及柔性或可保形类型的OLED面板两者都可用作指纹采集设备的主要组件。(图10C)

有源矩阵OLED(AMOLED)面板可用作指纹采集设备的主要组件。AMOLED面板可包含子像素区域(红色、绿色及蓝色子像素)及驱动电路区域(薄膜晶体管及电容器)。每一子像素的亮度可通过驱动及切换晶体管及电容器且通过控制注入到OLED子像素的电流的量来调整。可使用OLED材料沉积技术形成子像素的尺寸。例如，在OLED材料蒸镀过程期间，可通过使用阴影掩模设置子像素的大小及位置。

OLED可具有分层结构，所述分层结构具有以下序列：阳极/空穴注入层/空穴输送层/发射层/电子输送层/电子注入层/阴极。具有高功函数的ITO及其它透明导电材料可用作阳极材料，且例如铝及镁的金属可用作阴极材料。图10D展示底部发射OLED的结构。在此实例中，成像表面将在衬底底部处，且光发射平面将为阴极层。光学结构可包含衬底与阴极之间的透明层。

此类指纹采集设备的可靠度(即，OLED面板寿命)可通过使用各种密封技术及材料(例如干燥剂、玻璃质密封及薄膜囊封)得以改进。各种类型的衬底(例如蓝宝石、玻璃及塑料材料)可用作OLED载体以便控制光行进路径(折射率控制)，以增强/改进图像感测到的信噪比，且改进指纹设备的可靠度及寿命。图11A展示示范性AMOLED子像素单位单元电路(具有子像素的2D驱动TFT电路)。驱动区域可包含驱动晶体管、切换晶体管、保持电容器及反向电流传感器。图11B展示在OLED电路结构中读取及放大的反向电流。

在一些实施例中，AMOLED面板具有三子像素结构。在子像素结构中，举例来说，蓝色子像素可用作光源，而相邻的绿色或红色子像素可用作传感器，这是因为蓝色子像素的带隙大于绿色或红色子像素的带隙。图12展示示范性R/G/B像素结构，其中蓝色子像素是光源，且绿色或红色子像素是传感器。当发光子像素开启时，反向电压可在传感器子像素中偏压。在图11B中，I-V曲线对应图12中的子像素结构。当光从指纹反射、折射或散射到传感器子像素时，在反向偏压下传感器子像素中的反向电流的量增大。可使用驱动电路区域中的电流感测电路测量反向电流的量。可使用放大电路及/或信号处理器放大反向电流信号。接着，可通过信号处理算法(图13，算法流程图)处理放大的电流信号以产生指纹图像。

可通过改变每一子像素的大小及密度且通过设置OLED面板的子像素结构而控制OLED面板分辨率。举例来说，OLED面板可具有较大发光组件(例如，蓝色子像素)及较小传感器组件(例如，绿色及/或红色子像素)。根据本发明的方面，子像素结构可具有不同大小。子像素密度可通过使像素形状从条带类型变为圆形或菱形而增强。此外，OLED子像素结构可具有不同形状，例如方形、矩形、圆形、菱形等。可通过使用精细金属掩模工艺、喷墨印刷或激光转印技术来制造子像素结构的图案化。

根据本发明的方面，移动装置通常装配有触摸传感器。如果移动装置装配有本发明的指纹感测设备，那么将无需触摸传感器，这是因为指纹感测设备也可用作触摸传感器。如本文中所描述，移动装置可经配置以包含作为用于指纹辨识的指纹感测设备的薄型高对比度光学采集系统。在一些实施方案中，所述移动装置可包括无线收发器，所述无线收发器能够经由无线天线，通过无线通信网路发射及接收无线信号。无线收发器可由无线收发器总线接口连接到总线。在一些实施例中，所述无线收发器总线接口可至少部分与无线收发器集成。一些实施例可包含用于根据对应多个无线通信标准(例如(举例来说)IEEE标准802.11、CDMA、WCDMA、LTE、UMTS、GSM、AMPS、Zigbee及等等的版本)实现发射及/或接收信号的多个无线收发器及无线天线。

移动装置也可包括能够经由SPS天线接收及采集SPS信号的SPS接收器。所述SPS接收器也可全部地或部分地处理所采集SPS信号以估计所述移动装置的位置。在一些实施例中，处理器、存储器、DSP及/或专用处理器(未展示)也可用于全部地或部分地处理所采集SPS信号，及/或结合所述SPS接收器计算所述移动装置的估计位置。可在存储器或寄存器(未展示)中执行用于执行定位操作的SPS或其它信号的存储。

此外，移动装置可包括由总线接口连接到总线的数字信号处理器(DSP)、由总线接口连接到总线的处理器，及存储器。总线接口可与DSP、处理器及存储器集成。在各种实施例中，可响应于存储于存储器中(例如在计算机可读存储媒体上，例如RAM、ROM、FLASH或磁盘驱动器等等)的一或多个机器可读指令的执行来执行功能。一或多个指令可由处理器、专用处理器或DSP来执行。存储器可包括非暂时性处理器可读存储器及/或计算机可读存储器，所述非暂时性处理器可读存储器及/或所述计算机可读存储器存储可由处理器及/或DSP执行以执行本文中所描述的功能的软件代码(程序代码、指令等等)。在特定实施方案中，无线收发器可通过总线与处理器及/或DSP通信以使移动装置能配置为如上文所论述的无线站。处理器及/或DSP可执行指令以执行上文结合图1到图6A到6C及图8A到8E到图17所论述的过程/方法的一或多个方面。

根据本发明的方面，用户接口可包括若干装置中的任一者，例如(举例来说)扬声器、麦克风、显示器装置、振动装置、键盘、触摸屏等等。在特定实施方案中，所述用户接口可使用户能与代管于移动装置上的一或多个应用程序交互。举例来说，用户接口的装置可将模拟或数字信号存储在存储器上以由DSP或处理器响应于来自用户的动作进行进一步处理。类似地，代管于移动装置上的应用程序可将模拟或数字信号存储在存储器上以向用户呈现输出信号。在另一实施方案中，移动装置可任选地包含专用音频输入/输出(I/O)装置，包括例如专用扬声器、麦克风、数/模电路、模/数电路、放大器及/或增益控制器。在另一实施方案中，移动装置可包括响应于键盘或触摸屏装置上的触摸或压力的触摸传感器。

移动装置也可包括用于捕获静态或移动图像的专用摄像机装置。专用摄像机装置可包括例如成像传感器(例如，电荷耦合装置或CMOS成像器)、透镜、模/数电路、帧缓冲器等。在一个实施方案中，可在处理器或DSP处执行表示所捕获的图像的信号的额外处理、调节、编码或压缩。替代地，专用视频处理器可执行表示所捕获的图像的信号的调节、编码、压缩或操控。此外，专用视频处理器可解码/解压缩所存储图像数据用于呈现于移动装置上的显示器装置上。

移动装置也可包括耦合到总线的传感器，所述传感器可包含例如惯性传感器及环境传感器。惯性传感器可包括例如加速度计(例如，在三个维度上共同响应于移动装置的加速度)、一或多个陀螺仪或一或多个磁力计(例如，以支持一或多个罗盘应用程序)。移动装置的环境传感器可包括例如温度传感器、气压传感器、环境光传感器及摄像机成像器、麦克风等等。传感器可产生模拟或数字信号，所述模拟或数字信号可存储于存储器中且由DPS或处理器处理以支持一或多个应用程序(例如(举例来说)涉及定位或导航操作的应用程序)。

在特定实施方案中，移动装置可包括能够执行在无线收发器或SPS接收器处接收及降频转换的信号的基带处理的专用调制解调器处理器。类似地，专用调制解调器处理器可执行待升频转换以由无线收发器来发射的信号的基带处理。在替代实施方案中，取代具有专用调制解调器处理器，基带处理可由处理器或DSP(例如，处理器或DSP)执行。

图7A说明根据本发明的方面的捕获并验证指纹图像的方法。在图7A中所展示的实例中，在框702中，所述方法从多个光源确定用于将光发射到指纹的一组光源。在框704中，所述方法从多个传感器区确定用于感测来自指纹的散射光的一组传感器区。在框706中，所述方法从所述组光源发射光以从指纹产生散射光。在框708中，所述方法在所述组传感器区中感测散射光。在框710中，所述方法可任选地使用在多个传感器区中感测到的散射光确定指纹的有效性。所述方法可进一步确定所述组光源中的光源与所述组传感器区中的传感器之间的最小距离。

图7B说明根据本发明的方面的从多个光源确定用于将光发射到指纹的一组光源的方法。在图7B中所展示的实例中，在框712中，所述方法确定所述组光源之间的最小距离以避免所述组传感器区中的干涉。在一些方法中，所述组传感器区中的传感器区由内半径与外半径之间的区域确定；其中内半径是感测到散射光的与光源相距的最小距离，且外半径是感测到散射光的与光源相距的最大距离。根据本发明的方面，在框712中执行的方法可进一步包含在框714及框716中执行的方法。在框714中，所述方法确定所述组光源之间的缓冲区的超过外半径的分隔距离，其中缓冲区中的光的强度低于预定阈值。在框714中，所述方法将最小距离计算为外半径的两倍加上缓冲区的分隔距离。在一些实施方案中，从像素面板的多个像素或子像素发射多个光源的光。由像素面板的多个像素或子像素感测来自指纹的散射光。

图7C说明根据本发明的方面的在一组传感器区中感测散射光的方法。在此实例中，在框722中，所述方法将传感器区中的像素面板的一或多个单位单元设置在反向偏压条件下。在框724中，所述方法在像素面板的一或多个单位单元中检测对应于在像素或子像素中的一或多者中感测到的散射光的泄漏电流。在框726中，所述方法放大从像素或子像素中的一或多者检测到的泄漏电流的信号。应注意，在一些实施方案中，传感器区中的像素或子像素中的一或多者可被布置为线的形式，传感器区中的像素或子像素中的一或多者可被布置为十字的形式，或其任何组合。

图7D说明根据本发明的方面的使用在多个传感器区中感测到的散射光确定指纹的有效性的方法。在图7D中所展示的示范性方法中，在框732中，所述方法收集在多个传感器区中感测到的散射光的强度。在框734中，所述方法基于在多个传感器区中感测到的散射光的强度确定指纹的表面形貌。在框736中，所述方法比较指纹的表面形貌与指纹数据库以确定是否在所述数据库中找到所述指纹的匹配。

图7E说明根据本发明的方面的捕获并验证图7A的指纹图像的另一方法。如图7E中所展示，在框742中，所述方法从多个光源确定用于将光发射到指纹的下一组光源。在框744中，所述方法从多个传感器区确定用于感测来自指纹的散射光的下一组传感器区。在框746中，所述方法从下一组光源发射光以从指纹产生散射光。在框748中，所述方法在下一组传感器区中感测散射光。在框750中，所述方法可重复在框742到框748中执行的方法直到指纹下方的区域被覆盖为止。

应了解，为清楚起见上文描述已参考不同功能单元及处理器描述本发明的实施例。然而，应明白在不背离本发明的情况下，可使用不同功能单元或处理器之间的任何合适功能分配。举例来说，说明为由单独处理器或控制器执行的功能性可由相同处理器或控制器来执行。因此，参考特定功能单元应被视为参考用于提供所描述功能性而非指示严格逻辑或物理结构或组织的合适构件。

本发明可以任何合适形式实施，包含硬件、软件、固件或任何这些组合。本发明可任选地部分地实施为在一或多个数据处理器及/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件及组件可以任何合适方式物理地、功能地及逻辑地实施。实际上，功能性可在单个单元中、在多个单元中，或作为其它功能单元的部分而实施。因而，本发明可在单个单元中实施或可物理地及功能地分配于不同单元与处理器之间。

相关领域的技术人员应认识到，可使用所揭示实施例的许多可能修改及组合，同时仍采用相同的基本潜在机制及方法。出于解释目的，已参考特定实施例描写前述描述。然而，上文说明性论述不希望为穷举性或将本发明限于所揭示的精确形式。鉴于上文教示，许多修改及变动是可能的。选择及描述实施例以解释本发明的原理及其实际应用，且使其它所属领域的技术人员能够最佳地利用本发明及具有如适于所预期的特定用途的各种修改的各种实施例。

Claims (23)

1.一种用于捕获指纹图像的方法，其包括：

从多个光源确定用于将光发射到指纹的一组光源；

从多个传感器区确定用于感测来自所述指纹的散射光的一组传感器区；

从所述组光源发射光以从所述指纹产生所述散射光；及

在所述组传感器区中感测所述散射光。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

确定所述组光源中的光源与所述组传感器区中的传感器之间的最小距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述组光源包括：

确定所述组光源之间的最小距离以避免所述组传感器区中的干涉，其中所述组传感器区中的传感器区是由内半径与外半径之间的区域来确定；其中所述内半径是感测到所述散射光的与所述光源相距的最小距离；且其中所述外半径是感测到所述散射光的与所述光源相距的最大距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述最小距离包括：

确定所述组光源之间的缓冲区的超过所述外半径的分隔距离，其中所述缓冲区中的光的强度低于预定阈值；及

将所述最小距离计算为所述外半径的两倍加上所述缓冲区的所述分隔距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其中从像素面板的多个像素或子像素发射来自所述多个光源的所述光。

6.根据权利要求1所述的方法，其中由像素面板的多个像素或子像素感测来自所述指纹的所述散射光。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述在所述组传感器区中感测所述散射光包括：

将所述传感器区中的所述像素面板中的一或多个单位单元设置在反向偏压条件下；

在所述像素面板的所述一或多个单位单元中检测对应于在所述像素或子像素中的所述一或多者中感测到的所述散射光的泄漏电流；及

放大从所述像素或子像素中的所述一或多者检测到的所述泄漏电流的信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括以下各者中的至少一者：

将所述传感器区中的所述像素或子像素中的所述一或多者布置为线的形式；或

将所述传感器区中的所述像素或子像素中的所述一或多者布置为十字的形式。

9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

使用在所述多个传感器区中感测到的所述散射光确定所述指纹的有效性。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述使用在所述多个传感器区中感测到的所述散射光确定所述指纹的有效性包括：

收集在所述多个传感器区中感测到的所述散射光的强度；

基于在所述多个传感器区中感测到的所述散射光的所述强度确定所述指纹的表面形貌；及

比较所述指纹的所述表面形貌与指纹数据库以确定是否在所述数据库中找到所述指纹的匹配。

11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

从多个光源确定用于将光发射到指纹的下一组光源；

从多个传感器区确定用于感测来自所述指纹的散射光的下一组传感器区；

从所述下一组光源发射光以从所述指纹产生所述散射光；

在所述下一组传感器区中感测所述散射光；及

重复上述步骤直到所述指纹下方的区域被覆盖为止。

12.一种用于确定指纹的有效性的设备，其包括：

像素面板，其具有经配置以由指纹触摸的表面；

多个光源，其用于将光发射到所述指纹；

多个传感器区，其用于感测来自所述指纹的散射光；

控制器，其包含控制逻辑，其中所述控制逻辑包含：

经配置以从多个光源确定一组光源的逻辑；

经配置以从多个传感器区确定一组传感器区的逻辑；

经配置以从所述组光源发射光以从所述指纹产生所述散射光的逻辑；及

经配置以在所述组传感器区中感测所述散射光的逻辑。

13.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括：

经配置以确定所述组光源中的光源与所述组传感器区中的传感器之间的最小距离的逻辑。

14.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括：

经配置以使用在所述多个传感器区中感测到的所述散射光确定所述指纹的有效性的逻辑。

15.根据权利要求12所述的设备，其中所述经配置以确定所述组光源的逻辑包括：

经配置以确定所述组光源之间的最小距离以避免所述组传感器区中的干涉的逻辑，其中所述组传感器区中的传感器区是由内半径与外半径之间的区域来确定；其中所述内半径是感测到所述散射光的与所述光源相距的最小距离；且其中所述外半径是感测到所述散射光的与所述光源相距的最大距离。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述经配置以确定所述最小距离的逻辑包括：

经配置以确定所述组光源之间的缓冲区的超过所述外半径的分隔距离的逻辑，其中所述缓冲区中的光的强度低于预定阈值；及

经配置以将所述最小距离计算为所述外半径的两倍加上所述缓冲区的所述分隔距离的逻辑。

17.根据权利要求12所述的设备，其中从像素面板的多个像素或子像素发射来自所述多个光源的所述光。

18.根据权利要求12所述的设备，其中由像素面板的多个像素或子像素感测来自所述指纹的所述散射光。

19.根据权利要求12所述的设备，其中所述经配置以在所述组传感器区中感测所述散射光的逻辑包括：

经配置以将所述传感器区中的所述像素面板中的一或多个单位单元设置在反向偏压条件下的逻辑；

经配置以在所述像素面板的所述一或多个单位单元中检测对应于在所述像素或子像素中的所述一或多者中感测到的所述散射光的泄漏电流的逻辑；及

经配置以放大从所述像素或子像素中的所述一或多者检测到的所述泄漏电流的信号的逻辑。

20.根据权利要求19所述的设备，其进一步包括以下各者中的至少一者：

将所述传感器区中的所述像素或子像素中的所述一或多者布置为线的形式；或将所述传感器区中的所述像素或子像素中的所述一或多者布置为十字的形式。

21.根据权利要求12所述的设备，其中所述经配置以使用在所述多个传感器区中感测到的所述散射光确定所述指纹的有效性的逻辑包括：

经配置以收集在所述多个传感器区中感测到的所述散射光的强度的逻辑；

经配置以基于在所述多个传感器区中感测到的所述散射光的所述强度确定所述指纹的表面形貌的逻辑；及

经配置以比较所述指纹的所述表面形貌与指纹数据库以确定是否在所述数据库中找到所述指纹的匹配的逻辑。

22.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括：

经配置以从多个光源确定用于将光发射到指纹的下一组光源的逻辑；

经配置以从多个传感器区确定用于感测来自所述指纹的散射光的下一组传感器区的逻辑；

经配置以从所述下一组光源发射光以从所述指纹产生所述散射光的逻辑；

经配置以在所述下一组传感器区中感测所述散射光的逻辑；及

经配置以重复上述步骤直到所述指纹下方的区域被覆盖为止的逻辑。

23.根据权利要求12所述的设备，其中所述像素面板包括以下各者中的至少一者：

薄膜晶体管光传感器面板；或

有源矩阵有机发光二极管光传感器面板。