CN108629269B - 光学成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种光学成像设备(100)，包括：基本上为点光源的阵列(104)；与该光源阵列相交错的光电探测器阵列(106)；光学介质，该光学介质的厚度大于光电探测器的间距且该光学介质形成采集表面和检测表面；用于依次接通和关闭部分光源中的每一个光源且读取接收光线的一部分光电探测器的装置，该光线来自被接通的光源且已经在采集表面发生反射，同时形成根据该光学介质和待成像元件所估算的入射角。

Description

光学成像设备
技术领域
本发明涉及光学成像设备领域，且特别地涉及指纹传感器领域，该指纹传感器被配置用于光学地采集图像，也就是说，该指纹传感器能够检测光。
背景技术
众所周知，在光学地采集图像的指纹传感器中，使用在透明衬底上产生的有机发光二极管(OLED，有机发光二极管)类型的光源以及诸如二极管之类的光电探测器来读取信号。考虑到传感器所需的分辨率通常为至少500ppi(像素每英寸)，将光电探测器(例如PIN二极管)和光源(例如有机发光二极管)与它们的控制晶体管集成在同一像素中是相当困难的。
存在下述指纹传感器，其中指纹图像的采集是在指定为“近场”的配置中进行的，在该配置中，印迹被成像的手指必须位于距传感器的测量装置很近的距离处(按所需分辨率的数量级，例如对于分辨率等于500ppi的传感器，该距离约为50μm)。文献US 2015/0331508 A1描述了一种可以形成这种传感器的设备。
然而，将手指定位在距传感器的测量装置非常近的距离处的这种必要性是一个重要的缺陷，因为在这种情况下，不可能在传感器和印迹被成像的手指之间插入具有足够厚度的例如玻璃板的保护元件来确保传感器的电子器件的良好保护。
为了避免手指和传感器的这种接近，例如，可以在传感器和手指之间插入诸如在文献US 6 259 108 B1中所描述的透镜或光纤之类的光学装置，该光学装置使得可以在手指和传感器之间引导光线。然而，这在技术上和经济上都是非常受限的。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种成像设备，该成像设备被配置用于在不在近场的配置中对待成像元件实施光学检测，也就是说，该成像设备与存在于所述待成像元件和所述成像设备的电子元件(光电探测器和光源)之间的厚保护元件相兼容，该成像设备在所述待成像元件和所述成像设备的光电探测器之间不需要存在光学引导装置。
为此，本发明提出了一种光学成像设备，其至少包括：
-基本上为点的光源的阵列，所述光源的阵列在衬底上产生且形成显示屏；
-光电探测器的阵列，所述光电探测器的阵列在所述衬底上产生且与所述光源的阵列相互交错；
-光学介质，所述光学介质的厚度大于所述光探测器的阵列中的光电探测器的间距，所述光学介质覆盖所述光源和所述光电探测器且形成采集表面和基本上与所述采集表面平行的检测表面，意图由所述光源发射的光能够传播通过所述光学介质，待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面，所述光源的阵列和所述光电探测器的阵列被布置成抵靠所述检测表面；
-控制和读取装置，或控制器和读取器(或读取装置)，其被配置用于依次接通和关闭一部分光源中的每一个光源，以及在所述一部分光源中的每一个光源接通期间，读取旨在接收光线的至少一部分光电探测器，所述光线来自被点亮的所述光源且已经在所述采集表面经历至少一次反射，同时与所述采集表面形成其值位于第一极限折射角的值和第二极限折射角的值之间或者其值等于所述第一极限折射角的值或所述第二极限折射角的值的入射角，所述第一极限折射角的值是通过所述光学介质的光学指数和所述待成像元件所处的大气的光学指数来限定的，所述第二极限折射角的值是通过所述光学介质的光学指数和其值大于所述光学介质的光学指数值且小于或等于所述待成像元件的光学指数值的附加光学指数来定义的。
所述光电探测器的间距对应于分隔布置在所述光电探测器阵列的同一行或同一列上的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离。该间距例如约等于50μm。在这种情况下，所述光学介质可以具有大于50μm的厚度。
当光电探测器阵列不是以恒定间距产生时，例如当分隔布置在该阵列的同一行的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离与分隔布置在该阵列的同一列的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离不同时，或者当分隔布置在该阵列的同一行或同一列上的两个相邻光电探测器的光敏部分的中心的距离从一行到另一行或从一列到另一列不同时，或者甚至于当该距离在阵列的同一行或同一列中变化时，被认为限定所述光学介质的最小厚度的间距是具有在所述光电探测器阵列内存在的不同间距中的最大值的间距。
在该成像设备中，光源通过光学介质以基本上各向同性的方式发射光线。对于相对于所述采集表面形成如上所定义的第一极限折射角和第二极限折射角之间的入射角的光线，当这些光线中的一部分光线到达的外部介质对应于外部环境或待成像元件所在的大气(空气)时，该部分光线被所述光学介质与该设备外部的介质之间的界面(即在采集表面所在的平面处)反射，而当其他光线所到达的外部介质对应于待成像元件时，这些其他光线穿过该界面(受抑全反射现象)。包括将要由所述光电探测器检测的信息的所反射光线与由所述第一极限折射角和所述第二极限折射角所界定的光线相对应。
通过一个接一个地依次接通该阵列的一部分光源，可获得由位于被这些所反射光线照亮的区域中的光电探测器所检测的待成像元件的部分图像。因此，可以基于这些部分图像来构建待成像的元件的期望的最终图像。
明智地，该成像设备使用厚光学介质，该光学介质既用于光线从光源直到光电探测器(经由采集表面上的反射)的传播，又用于保护所述成像设备的电子元件(特别是光源和光电探测器)。
有利地，所述光学介质可对应于显示屏的玻璃板。该屏幕的像素中的至少一部分光源可以形成所述成像设备的光源(并非该屏幕的所有光源都必须用于产生不同的图像采集)。由于具有作为光学介质的、与屏幕的标准保护玻璃对应的玻璃的成像设备完美地起作用，因此在该成像设备中，不需要在光电探测器阵列的位置处对该玻璃板进行打薄处理。另外，由于所述光学介质形成该成像设备的一部分且不干扰其操作，因此厚光学介质的存在不会造成所采集的图像中精度的损失。
另外，由于根据光学介质内的光线的路径(由于采集表面的反射)自然地获得光学放大倍率，因此所获得的待成像元件的最终图像的分辨率大于用以产生光电探测器阵列的分辨率，因此，所述成像设备中不存在专用的放大光学器件。例如，当光源和光电探测器被布置在同一平面内时，例如在同一衬底上产生时，可获得等于2的光学放大倍数(例如，通过分辨率等于500ppi的光电探测器阵列，使用该成像设备所获得的图像相当于以等于1000ppi的初始分辨率采集的图像)。也可以容易地获得约为2000ppi或大于2000ppi的图像分辨率。
光线在采集表面的反射对应于全反射。另外，光线的光路径非常短。因此，光电探测器接收大量光，由于光电探测器提供了更好的信号，这使得可以以例如具有小尺寸和/或使用1T类型读取架构(每个二极管由单个晶体管控制)的光电二极管的形式来产生光电探测器。因此，光电探测器需要很小的生产空间，这为在与光电探测器相同的衬底上产生光源预留了空间。
当像素的采集区域的尺寸比光源的发射表面的尺寸大至少两倍、或者甚至至少三倍，且优选地大十倍时，光源基本上为点光源。
特别地，该成像设备适于形成指纹传感器，该待成像的元件对应于皮肤。另外，所述待成像元件所处的大气可对应于空气。
考虑到光源基本上为点光源，待成像元件的用于接收相对于采集表面形成第一极限折射角和第二极限折射角之间的入射角的光线的部分具有环形形状。在采集表面反射之后，这些光线到达检测表面，同时照明同样具有环形形状但其尺寸大于被照亮的待成像元件的部分的尺寸的光电探测器阵列区域。
这种成像设备提出了一种架构，该架构使得能够以大于或等于500ppi的分辨率获得待成像元件的图像且与使用互补金属氧化物半导体或有机发光二极管技术的生产相兼容。
另外，使用该成像设备所获得的图像的对比度高，并且与使用全反射棱镜传感器所获得的图像的对比度相当，但全反射棱镜的尺寸远大于该传感器的尺寸。
光源阵列与光电探测器阵列相互交错，也就是说，光源被布置在光电探测器阵列内，以及相反地，光电探测器被布置在光源阵列内。
可以预先确定待成像元件所处的大气的光学指数的值和附加光学指数的值，也就是说，在执行图像采集之前进行预定义。
所述控制和读取装置可以被配置为在所述一部分光源中的每一个光源被点亮期间，读取位于检测表面中的由相对于采集表面形成第一极限折射角和第二极限折射角的所反射光线所界定的具有环形形状的区域中的光电探测器。出于实际原因，所述控制和读取装置可以被配置为在所述一部分光源中的每一个光源点亮期间，通过位于检测平面的下述区域中的光电探测器来控制所述光线的采集，该区域为包括环形检测表面区域的正方形或矩形。因此，这种正方形或矩形形状的区域中的光电探测器的读取时间或采集时间减少，并且利于之后对利用这种采集所获得的正方形图像或矩形图像进行数字处理。
所述控制和读取装置可以被配置成使得在所述一部分光源中的每一个光源点亮期间，所读取的光电探测器传送待成像元件的部分图像，使得所获得的每一个部分图像与待成像元件的至少一个其他部分图像部分重叠。
在这种情况下，所述成像设备还可以包括用于根据所述待成像元件的所述部分图像来计算所述待成像元件的最终图像的装置。
所述成像设备还可以包括附加光源，所述附加光源位于所述光源阵列的外部且与由所述光源阵列的各个角落形成的各个角的角平分线对齐。特别地，这样的附加光源可以用于采集使用光源阵列未采集到的采集表面的各个角落。
在第一实施例中，有利地，所述成像设备可以以互补金属氧化物半导体电子芯片的形式产生，也就是说，包括在诸如硅之类的半导体衬底上使用互补金属氧化物半导体技术产生的晶体管。在这种情况下，有利地，光源可对应于由预先在半导体衬底上形成的氮化镓制成的发光二极管。
在第二实施例中，所述成像设备可以包括例如在诸如由玻璃制成的透明衬底上产生的薄膜晶体管和有机发光二极管类型的光源。
显示屏幕的每个像素可以包括其中一个光源和其中一个光电探测器。然而，在可选方案中，由光电探测器阵列和光源阵列形成的某些像素不包括光源(因此仅包括光电探测器)。显示屏的某些像素还可以不包括光电探测器。
所述光源可由发光二极管形成且所述控制和读取装置可以包括互补金属氧化物半导体晶体管，或者所述光源可以是有机发光二极管类型的光源且所述控制和读取装置可以包括与光电探测器阵列以相互交错的方式布置的薄膜晶体管。采用发光二极管技术和互补金属氧化物半导体晶体管产生的成像设备可以获得非常高的分辨率。由于所获得的光学放大倍数，采用有机发光二极管和薄膜晶体管技术产生的成像设备使得能够以很低的成本产生具有大尺寸的成像设备的像素，例如以约等于100微米的间距产生，和/或能够提高图像的分辨率同时保留尺寸减小的像素。
有利地，当所述光源为有机发光二极管类型的光源且当所述控制和读取装置包括薄膜晶体管时，所述薄膜晶体管可以在透明且形成光学介质的衬底上产生。
所述光学介质的厚度可以为约大于50μm，或者，所述光学介质可以包括厚度约大于100μm、或者大于或约等于200μm、或者大于或约等于400μm、或者大于或约等于700μm的玻璃板。
所述控制和读取装置可以被配置成使得依次接通的光源形成待成像元件的部分图像(即其尺寸小于最终图像的总尺寸)，每个部分图像与待成像元件的至少一个其他部分图像部分重叠，然后根据这些不同的部分图像来构建最终图像。在这样的配置中，由于部分图像的重叠使得可以在多个部分图像上获得待成像元件的冗余信息，因此减小了一个或多个故障光电探测器的影响。
本发明还涉及一种使用光学成像设备实施的图像采集方法，所述光学成像设备至少包括：
-基本上为点光源的阵列，所述点光源阵列在衬底上产生且形成显示屏；
-光电探测器阵列，所述光电探测器阵列在所述衬底上产生且与所述光源阵列相交错；
-光学介质，所述光学介质的厚度大于所述光探测器阵列中的光电探测器的间距，所述光学介质覆盖所述光源和所述光电探测器且形成采集表面和基本上与所述采集表面平行的检测表面，待由所述光源发射的光能够传播通过所述光学介质，待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面，所述光源阵列和所述光电探测器阵列被布置成抵靠所述检测表面；
所述图像采集方法包括实施以下步骤：
a)接通所述光源中的一个光源；
b)读取接收光线的至少一部分光电探测器，所述光线来自被点亮的所述光源且已经在所述采集表面上经历反射，同时与所述采集表面形成其值位于第一极限折射角的值和第二极限折射角的值之间或其值等于所述第一极限折射角的值或所述第二极限折射角的值的入射角，其中，所述第一极限折射角的值是通过所述光学介质的光学指数和所述待成像元件所处的大气的光学指数来限定的，所述第二极限折射角的值是通过所述光学介质的光学指数和其值大于所述光学介质的光学指数值且小于或等于所述待成像元件的光学指数值的附加光学指数来限定的；
c)关闭所述被点亮的光源；
对一部分光源中的每一个光源重复步骤a)至步骤c)。
在步骤b)期间读取的所述光电探测器可以是位于所述检测表面的下述环形区域内的光电探测器，该环形区域是由相对于所述采集表面形成所述第一极限折射角和所述第二极限折射角的反射光线所界定的。
在每次实施步骤b)期间读取的所述光电探测器可以传送所述待成像元件的部分图像，使得所获得的每一个部分图像与所述待成像元件的至少一个其他部分图像部分重叠。
所述方法还可以包括实施根据所述待成像元件的所述部分图像来计算所述待成像元件的最终图像的步骤。
还可以对附加光源(126)实施步骤a)至步骤c)，所述附加光源位于所述光源阵列的外部且与由所述光源阵列的各个角落形成的各个角的角平分线对齐。
附图说明
通过参照附图阅读对示例性实施例的描述，将更好地理解本发明，所述示例性实施例仅出于参考的目的而给出并且决非意在进行限制，在附图中：
-图1示出了根据第一实施例的本发明的主题的成像设备的一部分的示意性顶视图；
-图2示出了在本发明的主题的成像设备内发生的受抑全反射现象；
-图3示出了根据替选实施例的本发明的主题的成像设备内发生的受抑全反射现象；
-图4示意性地示出了使用本发明的主题的成像设备可获得的检测区域和采集区域；
-图5至图8示意性地示出了在由本发明的主题的成像设备进行图像采集期间实施的不同的采集阶段；
-图9示出了另一成像设备的一部分的示意性顶视图；
-图10示出了根据第二实施例的本发明主题的成像设备的示意性截面图；
-图11示出了本发明的主题的成像设备中的包括OLED型光源和PIN二极管型光电探测器的堆叠的示例性实施例；
-图12示出了本发明的主题的成像设备的示例性实施例的顶视图。
下文所描述的不同附图中的相同的、相似的、或等价的部分具有相同的附图标记，以使得更容易从一个附图进行到下一个附图。
为了使附图更加清晰易读，附图中示出的不同部分不一定按相同比例绘制。
不同的可能性(可选方案和实施例)应该被理解为不相互排斥并且可以被组合在一起。
具体实施方式
首先参考图1，其示出了根据第一实施例的成像设备100的一部分的顶视图。
在该第一实施例中，设备100包括：位于包括例如硅和氮化镓(GaN)的同一半导体衬底102上的多个基本上为点光源的光源104(这里对应于发光二极管(LED)阵列)和光电探测器阵列106(这里是光电二极管)。这里，光源阵列104和光电探测器阵列106相互交错，也就是说，光源104被布置在光电探测器阵列106内，且光电探测器106也被布置在光源阵列104内。在该第一实施例中，设备100包括形成例如88像素×88像素的阵列的多个像素，每个像素均包括该光源104中的一个光源和该光电探测器106中的一个光电探测器。
光电探测器106对应于例如PN二极管或PIN二极管，或者对应于在衬底102的硅中产生的光电晶体管。有利地，发光二极管104由转移到衬底102的硅上的氮化镓制成，该氮化镓被蚀刻以形成基本为点光源的光源104。在可选方案中，可以在衬底102上在光源104之后产生光电探测器106。
另外，其上产生发光二极管阵列104和光电二极管阵列106的衬底102被光学介质108(在图2中可见)覆盖，例如，该光学介质108对应于厚度约大于100μm(例如大约400μm或700μm或1000μm)的玻璃板，且在这里该玻璃板被结合到衬底102。
在可选方案中，光学介质108可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(其光学指数约等于1.49)或任何其他适合的透明材料。
有利地，在光学介质108与包括发光二极管104和光电二极管106的衬底102之间可以存在粘合剂，该粘合剂具有与光学介质108的光学指数相同(或与光学介质108的光学指数非常接近)的光学指数。也可以在衬底102上直接模制光学介质108。一般而言，光学介质108被光学耦接至衬底102，使得在光学介质108与光电二极管106之间以及光学介质108与发光二极管104之间不存在空气。
成像设备100旨在被耦接到诸如智能手机或平板电脑之类的具有显示器的电子设备。因此，发光二极管阵列104和光电二极管阵列106形成旨在布置在该设备的显示屏旁边的附加设备，光学介质108对应于该屏幕的保护玻璃。
尽管在图1中不可见，但成像设备100还包括控制和读取装置，该控制和读取装置被配置成用于控制由每个发光二极管104产生的光发射以及控制由光电二极管106接收的光信息的检测。这些控制和读取装置包括例如在衬底102上产生的电子器件。
在成像设备100的图像采集期间，例如在对放置在光学介质108上的手指进行指纹采集期间，多个发光二极管104被依次接通，一次接通一个发光二极管104。在图1中，其中一个发光二极管104被接通并且通过附图标记110来标示。该发光二极管110照亮位于光学介质108上方的、光学介质108的上表面(称为采集表面109(在图2中可见))上的皮肤。具有环形形状且围绕发光二极管110而形成的区域112对应于下述区域，在该区域中由发光二极管110发射的光是否会经历全反射取决于皮肤与采集表面109是否相接触，其中发光二极管110对应于区域112的中心。因为发光二极管110对应于以各向同性方式照亮光学介质108的基本上点光源，因此区域112具有环形形状。
在到达区域112之前，由发光二极管110发射的光线从光学介质108的后表面(称为检测表面111)穿过光学介质108直到到达光学介质108的前表面，其中，光学介质108的后表面覆盖发光二极管104和光电二极管106，光学介质108的前表面形成采集表面109。在到达采集表面109之后，这些光线中的一部分光线(没有遇到存在于光学介质108上方的皮肤的光线)在该表面上反射并再次穿过光学介质108，从而点亮检测表面111上的一部分光电二极管106。在图1的示例中，所反射的光线包含在检测表面111上的区域114中，这些所反射的光线将形成旨在被这些光电二极管106检测的图像，该区域114也具有环形形状且具有比区域112的尺寸更大的尺寸。
图2示意性地示出了当发光二极管110被接通时从成像设备100内的光学视点获得的情况。
在光学介质108的采集表面109所处的平面处发生的受抑全反射的光学特性取决于形成所考虑界面的两个介质(即这里的光学介质108和外部环境)的光学指数或折射率。
在成像设备100的操作期间，外部环境的光学指数的值可以被认为是等于固定值，例如等于1。
当光学介质108对应于玻璃时，其光学指数n108约等于1.51。
然后，在该第一实施例中，考虑到成像设备100旨在进行指纹采集，可取的是当皮肤与采集表面109接触时考虑皮肤的光学指数(称为n皮肤)(在印迹的脊线所处的平面处)和空气的光学指数(称为n空气)(在印迹的凹陷或空心所处的平面处或在皮肤旁边)。这里考虑了空气(其光学指数值等于1)，但一般来说，可取的是考虑待成像的元件所处的大气的指数。
临界角C(也称为极限折射角)的值取决于光线是否穿过光学介质108并到达与皮肤接触或与空气接触的采集表面109的一部分而有所不同，所述临界角对应于90°的折射，通过考虑分别具有指数n1和n2的两个光学介质之间的界面，使得C＝arcsin(n1/n2)(n1<n2)。
n空气的值等于1且n108的值等于1.51，因此在空气和玻璃之间获得的第一极限折射角为C空气/玻璃＝arcsin(1/1.51)＝41°。
n皮肤的值包含在1.37和1.4之间且n108的值等于1.51，因此，在皮肤和玻璃之间获得的第二极限折射角C皮肤/玻璃包含在值arcsin(1.4/1.51)＝68°和arcsin(1.37/1.51)＝65°之间。为简化起见，下文仅考虑65°的值。
一般而言，可以通过考虑光学介质108的光学指数n108(例如当光学介质108对应于玻璃时，n108等于1.51)以及其值大于光学介质108的光学指数n108的值且小于或等于待成像的元件的光学指数n皮肤的值的附加光学指数来计算第二极限折射角的值。
因此，返回至图2，当被点亮的光源110发射的光线与采集表面109的法线形成的入射角位于0和41°之间时，在表面109所处的平面处形成的界面处没有或有非常少的光发生发射。然后，光线将从光学介质108出射且没有或有非常少的光通过反射到达光电二极管106，这适用于存在于接收这些光线的采集表面109的一部分上的任何元件(作为光的吸收散射介质的空气或皮肤)。由于到达相应反射区域的光量非常少，因此，由位于该反射区域中的光电二极管106形成的图像是黑暗的。然而，例如当该设备被配置用于检测成像元件的性质时，到达该区域且没有被利用来重建所采集的图像的光信息可以用于其他应用。
当光线形成大于65°的入射角时，发生全反射，并且无论存在于接收这些光线的采集表面109的一部分上的是什么元件(空气或皮肤)，均会发生这种现象。考虑到位于相应反射区域中的光电二极管106接收这些光线中的全部或几乎全部光线，因此，由这些光电二极管106形成的图像是明亮的(然而，当光电探测器和光源之间的距离增大时，光量减少)。
最后，当这些光线形成41°和65°之间的入射角时，如果采集表面109上存在空气，则发生全反射现象。射线在由采集表面109形成的界面处发生反射，然后到达光电二极管106。由此，所获得的空气的图像是明亮的。如果皮肤存在于采集表面109上，则光在皮肤中扩散，并且没有或几乎没有光被反射到光电二极管106(由光电二极管106提供的皮肤的图像对应于黑暗区域)。
在图2中，附图标记113标示与采集表面109的法线形成等于41°的第一极限折射角的光线，以及附图标记115标示与采集表面109的法线形成等于65°的第二极限折射角的光线。为了清楚起见，图2中所示的角度值并不完全对应于这些值。
当发光二极管110接通时所成像的部分皮肤对应于位于由光线113和115界定的采集表面109的环形区域112上的部分皮肤。在检测表面111上形成的对应图像对应于该表面的区域114，该区域114也具有环形形状且由在采集表面109发生反射之后到达检测表面111的光线113和115所界定。因此，该系统在围绕发光二极管110旋转时保持不变。
在通过至少位于区域114中的光电二极管106进行的光采集所获得的图像上，印迹的脊线在表示印迹周围或印迹的凹陷处的空气的浅色背景上呈现为深色。
在光电二极管106上形成的图像的尺寸，即区域114的尺寸，大于对应于区域112的皮肤读取部分的尺寸。因此，利用成像设备100获得的放大因子大于1，这里等于2。无需使用专用于该放大倍数的光学装置即可获得图像的该放大倍数。
在待成像的元件和光学介质108之间的界面处，即在采集表面109所处的平面处，光线113和光线115之间的距离(其对应于由区域112所形成的环的外径和内径之间的差)等于：
R皮肤＝h*(tan(C皮肤/玻璃)-tan(C空气/玻璃))＝h*(tan(65°)-tan(41°))。
在光学介质108和光电二极管106之间的界面处，即在检测表面111所处的平面处，在采集表面109上发生反射之后的第一光线113和第二光线115之间的距离(其对应于由区域114所形成的环的外径和内径之间的差(即宽度))等于：R图像＝2h*(tan(C皮肤/玻璃)-tan(C空气/玻璃))＝2h*(tan(65°)-tan(41°))。
因此，所获得的放大倍数等于G＝R图像/R皮肤＝2。
由于在光电探测器106上形成图像的光线所覆盖的距离等于光源与其图像被采集的手指之间的光线所行进的距离的两倍，所以该放大倍数等于2。
下表给出了随光学介质108的厚度h变化的、针对环形区域112和环形区域114所获得的尺寸值的示例，该光学介质具有前述光学指数。这里，宽度对应于区域112和区域114之一的外径与内径之间的差值。
厚度h 1000μm 700μm 400μm
区域114的宽度 2250μm 1785μm 1020μm
区域112的宽度 1125μm 892μm 510μm
区域114的外径 8578μm 6004μm 3431μm
区域112的外径 4289μm 3002μm 1716μm
因此，在光电探测器106(对应于当其中一个光源104被接通时所获得的检测区域)上获得的待成像元件的图像的尺寸比与该图像对应的皮肤区域112的尺寸大2倍，且与光学介质108的厚度h成比例。
在成像设备100的第一实施例中，光源104和光电探测器106在同一衬底102上产生，且被布置在距采集表面109相同的距离h处，该采集表面与光学介质108的厚度相对应。该距离h被选择为使得其大于光电探测器阵列106的间距，以便成像设备100在近场中不起作用。
可以不将光源104和光电探测器106布置在距采集表面109相同的距离处。图3示意性地示出了这种配置。光源阵列104和光电探测器阵列106可被看作是相互交错的但被布置在不同的平面上。
在该图3中，h光电探测器表示光电探测器106与采集表面109之间的光学介质108的材料的厚度，以及h发光二极管表示光源104与采集表面109之间的光学介质108的材料的厚度。这将给出：
R皮肤＝h发光二极管*tan(C皮肤/玻璃)–h发光二极管*tan(C空气/玻璃)
＝h发光二极管*(tan(65°)-tan(41°))
R图像＝(h发光二极管+h光电探测器)*tan(C皮肤/玻璃)–(h发光二极管+h光电探测器)*tan(C空气/玻璃)
R图像＝(h发光二极管+h光电探测器)*(tan(65°)-tan(41°))。
在这样的成像设备100中获得的放大倍数等于G＝1+h光电探测器/h发光二极管。
因此，该放大倍数G仅取决于成像设备100的几何参数而不取决于光学介质108的材料质量或待成像的元件的性质。这里，该放大倍数G总是大于1。因此，由光电探测器106采集的图像的分辨率大于光电探测器阵列106自身的分辨率，并且这不需要使用专用光学放大装置。
例如，可以通过修改h光电探测器和h发光二极管的值来修改放大倍数G的值。因此，通过增加例如h发光二极管的值可使放大倍数G的值接近值1。还可以通过增加例如h光电探测器的值来增加放大倍数G的值。
在图1中，其示出了成像设备100的示意性顶视图，区域112和区域114被示出为使得它们不相互重叠。然而，实际上，通过考虑41°和65°的极限折射角的值，这些区域112和区域114是部分重叠的，也就是说，与区域112对应的环形区域的外径的值小于与区域114对应的环形区域的内径的值。
通过依次接通多个光源104，光电二极管106采集多个图像，每个图像对应于存在于采集表面109上的待成像元件的一部分。根据例如采集区域的尺寸来选择要接通的光源104的数量以及因此要采集的图像的数量，该采集区域的尺寸对应于例如可以根据需求和/或采集系统的设计来选择其尺寸的正方形，例如5mm×5mm或12.8mm×12.8mm。由于之前所描述的与在设备100中发生的光反射相关的光学参数可以事先确定(R皮肤值、R图像值、区域112和区域114的位置等等)，所以对于将要接通的每个光源104，都可以知道将形成与被点亮的光源104相关联的区域114的一部分的光电探测器106。因此，在点亮每个光源104时，并不需待成像设备100的所有光电探测器106都进行采集。只有包括在区域114中的或形成例如包括区域114的正方形或矩形的光电探测器106可以执行该采集。执行采集的光电探测器也可以是包括在比区域114小的区域中的光电探测器。在这种情况下，必须进行大量的采集。
当比属于区域114的光电探测器的数量更多的光电探测器106执行每个图像的检测时，在采集每个图像之后执行数字处理。因此，由位于图像中心的光电探测器106提供的数据被排除，换句话说，由区域114所包围的光电探测器以及位于区域114周围的光电探测器提供的数据被排除。还可以排除来自位于跨越区域114和区域114的内径或外径的光电探测器106的数据。
此外，在通过依次接通多个光源104所获得的不同图像中，考虑到用于采集每个图像的光源的位置在衬底102的平面中是有偏移的，因此，对于所获得的每个图像，在根据不同图像重建所成像元件的最终图像期间，可取的是，考虑到放大倍数G，对彼此有共同部分的图像的像素也进行偏移以便使不同图像的共同部分可正确叠加在最终图像中。例如，一次只能保存每个像素的信息，也就是说，最终图像的每个像素的光信息来自所采集的单个图像。在可选方案中，可以计算每个像素的不同采集的平均值或中间值，或者可以使用更复杂的计算算法。在执行最终图像的计算之前，由于当相对于发光二极管的距离增加时光的强度降低，因此对不同图像进行数字处理是有利的，这使得可以补偿每个图像内的光强度的这些差异。可以根据预定义的模型或者可以通过预先用设备100进行空白采集(在采集表面109上没有手指)来执行该补偿。
依次接通的不同光源104被选择成使得采集区域112一起覆盖待成像的元件的整个表面。通过在像素阵列的一行上接通多个光源104(每个光源均能够采集图像)，并且对于像素阵列的多行均执行这样的操作，可以覆盖要采集的元件的该表面的主要部分。然而，考虑到对应于环的区域112的形状，为了尽可能减少检测表面的损失，接通位于成像设备100的像素阵列的垂直边缘上和/或位于该阵列的各个角落中的某些光源104是有利的。
在可选方案中，还可以是，在针对每个被点亮的光源104所进行的采集期间，仅位于区域114中的一部分光电探测器106(例如一起形成布置在区域114中的矩形的光电探测器106组)对所接收的光进行检测。根据另一可选方案，例如也可以在接通每个光源104时对位于区域114中的一个或多个光电探测器106进行读取，在这种情况下，图像采集的数量更多。
上面结合图1所描述的成像设备100可以包括使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术产生的光电二极管106和发光二极管104。有利地，发光二极管104可以由转移到硅衬底102上的氮化镓制成，该硅衬底102包括使用CMOS技术产生的光电探测器106(以及读取电子器件，或甚至处理电子器件)。
光电探测器106和光源104形成例如尺寸等于50x 50μm2的像素(每个像素包括光电探测器106、诸如尺寸等于10×10μm2或3×3μm2的发光二极管之类的光源104、晶体管等等)。在这种情况下，当放大倍数G等于2时，所获得的最终图像的分辨率等于1000ppi，而成像设备100的像素的分辨率是500ppi。因此，通过考虑包括检测区域114(包括120像素×120像素(每个像素的尺寸为50×50μm2)，即6000×6000μm2)并因此包括与光学介质108(对应于厚度等于700μm的玻璃)的有用区域相对应的外径为6mm的环的正方形，成像设备100的采集区域112可对应于尺寸等于3000×3000μm2的正方形。
在上面指示的像素的尺寸以及光学介质108对应于厚度等于700μm的玻璃的情况下，可以在例如同一行像素上每8个像素(以便具有与由区域112形成的环的宽度的一半相对应的采集偏移)或甚至每9或10个像素点亮一个发光二极管104，以便使所获得的部分图像一起形成对应于该行像素的最终图像的一部分。通过这样的读取，50或55或甚至60个像素中的仅一行像素就足以获得能够重建包括整个采集表面的最终图像的所有部分图像。也可以使用其他间距和其他尺寸的采集/检测区域，图像之间的充分重叠使得能够获得最终图像。
图4示出了在上述特定配置中所获得的区域112和114(放大倍数G等于2，光学介质108对应于厚度等于700μm的玻璃板)。位于采集表面109上且意图在这里被检测的皮肤区域对应于被标记为116的尺寸等于4.4×4.4mm2的正方形。在图4中，区域112和区域114在标记为117的区域所处的平面上彼此部分重叠。另外，图4中所示的这些区域112和区域114与利用被点亮的光源110(位于待成像的区域116的右上角)所获得的区域相对应。最后，图4示出了位于区域116中的光电探测器检测不到区域116的各个角落的事实，这是因为即使接通位于这些角落中的光源，这些角落也是被相对采集表面109形成入射角小于第一极限折射角的光线照亮。
在该配置中，例如可以首先通过依次接通位于形成区域116的上边缘和下边缘的像素中的光源104来执行区域116的上带和下带的采集。对于这些带中的每一个，例如可以每8个像素接通一个光源104，即每个带有12个光源104。
图5示意性地示出了在对区域116的这些上带和下带进行采集期间所成像的区域112的一部分。
有利地，选择被接通的光源104，以便使所采集的不同的区域112中的每一个区域与一个或多个其他区域112发生重叠。
可以通过点亮基本位于区域116的中心的线上的光源104(例如，每8个像素点亮一个光源104)来产生区域116的中心带的采集。
图6示出了在该阶段所采集的区域116的各个部分，其对应于印迹的36个部分图像。附图标记118、120和122分别表示区域116的下带、上带和中间带(118部分和122部分之间以及120部分和122部分之间具有微小重叠)。另外，附图标记124表示区域116的各个角落以及在读取该三个带118、120和122期间未被采集的中间区域122的边缘部分。
可以通过点亮位于区域122的边缘的平面处的例如四个光源104来采集中间区域122的未被先前实施的步骤所采集的边缘部分124。图7示出了通过接通这些光源中的其中一个(在图7中标记为110)所获得的区域112和区域114，这使得能够部分地采集在采集中间带122期间最初未被采集的这些部分124中的一个。在采集的该阶段，已经获得了印迹的40个部分图像。
接着，为了对区域116的各个角落进行读取，可以将成像设备100产生成使得其除光源阵列104之外还包括位于由光源104形成的阵列外部的至少四个附加光源126，每个附加光源均沿着区域116的其他角落中的一个角落的角平分线布置。图8示意性地示出了这四个发光二极管126，其使得能够执行区域116的各个角落的采集。对于具有前述尺寸的成像设备100，每个附加光源126被布置在例如距最接近阵列的角落大约等于600μm的距离处。还可以沿着光源104阵列的各个角落的角平分线在相对于这些角落的不同距离处布置多个附加光源126。因此，为了对每个角落进行采集，可以根据光学介质108的厚度使用位于距阵列适当距离处的附加光源126来执行该采集。
在可选方案中，特别是当成像设备100具有相当大的尺寸时，可能不能读取区域116的各个角落。
可以使用除上述方法之外的其他方法来读取区域116。例如，可以在接通每个光源104时，通过包括在区域114中的正方形的一个或多个部分的光电探测器106或者甚至是包括在区域114中的唯一一个或多个光电探测器106来仅读取区域114的一部分。在这种情况下，调整光源104的接通顺序以便在不同的采集图像之间具有一定的重叠。
在上面给出的示例中，每个像素(其包括光源104和光电探测器106)具有约等于50μm×50μm的尺寸。这些尺寸可能不同：例如，每个像素可具有约等于25μm×25μm或甚至约等于12.5μm×12.5μm的尺寸。
最后，如果最终图像的一个或多个像素缺少信息，则可以实施插值法以计算该信息。
图12示出了根据第一实施例的成像设备100的顶视图，在该成像设备100上控制和读取装置是可见的，该控制和读取装置用于依次接通和断开每个光源104以及在每个光源104点亮期间读取光电探测器106以及控制光电探测器106对待成像的元件的部分图像的采集。这里，这些控制装置包括例如用于寻址光源104和光电探测器106的电路136。成像设备100还包括用于处理由光电探测器106所采集的信息的装置138。例如，这些装置138是下述装置：构造所获得的不同的部分图像然后根据该不同的部分图像计算所采集的印迹的最终图像。最后，成像设备100还包括控制元件140，该控制元件被连接至电路136以及装置138并控制这些元件。
图9示出了根据另一示例性实施例的成像设备200。
与根据第一实施例的其中光电探测器阵列106和光源阵列104相互交错的成像设备100不同的是，成像设备200中的光电探测器阵列106位于设备200的传感器部分103中且紧挨着光源阵列104布置，该设备200的传感器部分103不同于设备200的显示部分101。通常，显示部分101可以对应于电子设备(例如智能手机)的屏幕，在该电子设备的边缘布置有传感器部分103。传感器部分103可以与显示部分101并置或不与显示部分101并置。
在图9中，示出了在光源104中的一个光源(该图中标记为110)点亮期间所获得的区域112和区域114。通过点亮与光源110相同列的多个光源104，可以在与传感器部分103并置的边缘的平面处对位于显示部分101上的待成像的元件的区域进行采集。还可以使用显示部分101的一个或多个其他列的光源104执行附加的采集，该列或这些列保持靠近传感器部分103，以使得区域114实际上至少部分地位于传感器部分103上。
当使用单列光源104时，通过使用厚度约等于700μm的玻璃板作为光学介质108，可以获得宽度约等于1725μm的区域114(其对应于每个像素宽度等于50μm的34个像素)。在该配置中，所使用列的光源104与区域114之间的距离等于1217μm。
另外，在设备200中，有利的是例如通过叠加两个(或多个)载玻片来获得厚的光学介质108，使得能够获得例如厚度大于或等于1mm的光学介质108。
在图9所示的配置中，传感器部分103紧挨着显示部分101布置。在可选方案中，如果显示部分101被产生成使得其形成至少部分透明的屏幕(即能够使所接收到的光的一部分穿过)，则传感器部分103可以布置在该屏幕下方。在这种情况下，光源阵列和光电探测器阵列可被视为相互交错，但被布置在不同的平面上。
优选地，设备200使得显示部分101使用有机发光二极管类型的光源104制成，并且有利地使得发射光通过其上产生光源104的衬底102(例如由玻璃制成)以及通过光学介质108(底部发射或后部发射)。在底部发射配置中，其上产生光源104的衬底102的透明导电轨道(包括例如ITO)可用于连接传感器部分103。还可以使用上部金属层。
还可以将设备200产生成使得在显示部分101内存在透明孔，在这种情况下，通过将光电探测器106布置成面向透明孔能够将传感器部分103转移到显示部分101上。
图10示出了根据第二实施例的成像设备100。在该第二实施例中，光学介质108对应于用于产生薄膜晶体管的透明衬底，该薄膜晶体管用于寻址设备100的像素，且该薄膜晶体管形成成像设备100的控制装置的一部分。在图10中，附图标记128表示在检测表面111一侧形成的组件，该组件包括寻址薄膜晶体管、从其背面侧发射它们的光的有机发光二极管类型的光源104、以及例如PIN光电二极管的光电探测器106。对例如光源104的点亮和/或光电探测器106的读取进行驱动的一个或多个电子芯片130也紧挨着组件128布置在检测表面111一侧。因此，形成光学介质108的衬底的另一面保持自由且形成采集表面109，在该采集表面上要定位待成像的元件(通常是手指)。在光学介质108和这些元件128、130之间存在互连层132。
在该第二实施例中，光学介质108可以具有大于或约等于1mm(例如在约1mm与2mm之间)的厚度。例如，这种厚光学介质108是通过将具有相同光学指数的多个载玻片用粘合剂或胶合剂接合而获得的，该胶合剂也具有相同的光学指数以使得在由该胶合剂形成的界面处不存在任何的反射。
另外，有机发光二极管类型的光源104可以从其正面产生光发射，所发射的光仅穿过转移到这些光源104上的光学介质108而不穿过衬底102。
根据该第二实施例的设备100可以是具有大尺寸且被配置用于同时采集多个手指的指纹或者整个手的指纹的设备。在这种情况下，具有相当大厚度(例如约大于1mm)的光学介质108使得可以确保设备100具有一定的坚固性。
图11示出了为了形成这种组件128而产生的技术堆叠。附图标记133表示该组件128的旨在位于光学介质108一侧的表面。首先，包括寻址薄膜晶体管135的部分134由多晶硅制成。这些薄膜晶体管135也可以由非晶硅或铟镓锌氧化物制成。优选使用多晶硅是因为其可以获得更好的导电性，这使得可以减小薄膜晶体管的尺寸。该部分134还包括成像设备100的不同的电互连线。
接着，形成光电探测器106(例如PIN二极管)的层的堆叠形成在部件134上。有利地，非晶硅可被用于产生这些PIN二极管。PIN二极管的位于薄膜晶体管侧的电极可以由专用于这些电极的导电层形成，或者在晶体管共有的金属层内形成。PIN二极管的位于光源104侧的电极由导电材料制成且是例如不透明的。
接着，在所产生的组件上沉积平面化绝缘材料137以形成平坦表面，接着，在该平坦表面上产生有机发光二极管类型的光源104。特别地，有机发光二极管类型的二极管的产生包括实施导电材料的沉积和光刻以形成阳极，然后沉积发射有机层以及产生二极管共用的阴极。在成像设备100的其他元件之后产生有机发光二极管使得可以不将用于形成有机发光二极管的材料暴露于用于产生前述元件的温度和溶剂。所产生的有机发光二极管结构是透明的，具有例如金属层，该金属层形成被布置在阴极上以反射光的反射镜，并且所产生的发射光可以是单色光(全部可见光、UV和IR范围中的任何波长)或者是由于所发射的两种或三种颜色的光的垂直堆叠而形成的白光。
接着，在所产生的组件上沉积封装材料139。
可以在光源阵列104和光电探测器106的外围布置薄膜晶体管以形成用于控制和/或用于读取的装置，并由此限制产生给外部控制电路的输入/输出的数量，这些外部控制电路是使用硅技术(例如互补金属氧化物半导体技术)生产的。
在由有机发光二极管型光源104和包括薄膜晶体管的控制装置制成的成像设备100中，在有源阵列的情况下(有源矩阵有机发光二极体(AMOLED)方案)，每个有机发光二极管型的光源104可以由两个薄膜晶体管来控制(第一个用于选择像素，且第二个用于给有机发光二极管供电)，或者，每个有机发光二极管型的光源104可以由无源阵列来控制，该无源阵列形成具有行和列的导线的网格，该无源阵列使得当照明电压被施加到与有机发光二极管对应的行和列上时能够使该二极管发光(无源矩阵有机发光二极体(PMOLED)方案)。每个PIN二极管类型的光电探测器106可以由另一个薄膜晶体管来控制(在所谓的无源读取的情况下)，或者在所谓的有源读取的情况下由多个其他薄膜晶体管来控制。
在前面描述的成像设备100中，通过考虑皮肤的光学指数等于1.37来获得第二极限折射角的值。当接通光源104中的其中一个光源时，已知旨在接收形成区域114的外边缘的光线的光电探测器106，可以对存在于采集表面109上的两个介质的光学指数进行估计，然后使用该估计来检查这些光学指数是否确实对应于空气(光学指数等于1)和皮肤(光学指数值包含在预定范围内)的光学指数。这使得能够检测由该光源照亮的皮肤对应于真正的皮肤还是人造皮。因此，当成像设备100用作指纹传感器时，该成像设备100非常适于进行欺诈检测。还可以根据区域114的尺寸来估计所成像元件的光学指数。
在所有实施例中，光学介质108可对应于若干叠加的透明材料层。例如，如果在其中产生成像设备100的智能手机起初包括厚度小于期望具有成像设备100的正确操作的厚度的玻璃，则可以添加附加的防护玻璃，以使其与初始玻璃一起形成具有所期望的厚度的光学介质108。在这种情况下，将用于形成光学介质108的材料、附加防护玻璃以及这两个元件之间的粘合剂选择成使得它们的光学指数彼此尽可能接近，以尽可能多地限制在这些不同元件的界面处的光反射。
在所有的实施例中，传感器100可以包括滤波系统，该滤波系统使得能够限制或避免可能由于传感器外部的光照亮传感器100而引起的干扰。该滤波系统可以对应于例如一对偏振滤波器，或者波长滤波器，或者仅允许具有特定入射角值的光线穿过的角度滤波器。
另外，在所有实施例中，传感器100可用于执行静态印迹采集，即手指不在光学介质108上移动，或者可用于形成扫描传感器，即适于采集在光学介质108上移动的手指的印迹。由于在手指的位移方向上图像不需要具有较大的尺寸，因此与静态印迹传感器相比，在扫描传感器的情况下可以使用较少数量的光源104。另外，在计算由所采集的部分图像产生的最终图像期间，将计算并考虑在每个部分图像的采集之间待成像元件的位移。由于手指在部分图像的两次采集之间移动，因此为了构建最终图像，部分图像的采集是充分的。
另外，有利地，即使成像设备100可被用于形成指纹传感器，也可以使用成像设备100作为用于检测待成像的元件的移动以形成例如指示设备或触摸板的设备。
一般而言，在采集图像期间所使用的成像设备100的光电探测器106接收来自光源104的相当大部分的光。因此，成像设备100的积分时间很短。例如，当成像设备100形成具有500ppi的像素的分辨率的传感器时，完整图像(通过接通32个光源所获得的)的采集时间略短于50ms。
在所有实施例中，鉴于可以通过多个不同的光电探测器106/光源104对来读取同一皮肤点，因此可以通过使用这些对中的一对来补偿这些对中的另一对的故障。因此，可以补偿某些像素的潜在制造缺陷，这限制了在读取印迹时所获得的错误的影响。另外，即使某些像素不再起作用，设备100仍然能保持正常工作。例如，如果故障像素对应于其中不打算点亮发光二极管来采集部分印迹的那些像素中的一个像素，则可以从对包括故障像素的像素部分覆盖的另一图像来获得未被该像素采集的信息。如果故障像素对应于其中打算点亮发光二极管来采集部分印迹的那些像素中的一个，则可以使用其中发光二极管可以被读取的相邻像素并采集部分印迹。
在成像设备100具有相当大尺寸的情况下，例如由有机发光二极管类型的光源104产生的情况下，如果这些光源104彼此足够远离以使得来自光源104之一并到达设置成由来自另一光源104的光线照亮的区域114的光线具有可忽略的强度，则可以设想在图像采集期间同时接通多个光源104。有利的是，这些足够远离的并且同时被点亮的光源104被布置在同一条线上，这使得当成像设备100被配置成同时读取相同线上的所有像素时，可以减少对待成像元件进行采集的整个持续时间。
在之前描述的不同实施例和示例性实施例中，当光源阵列104和光电探测器阵列106交错时，每个像素可以包括光源104中的一个光源和光电探测器106中的一个光电探测器。
在可选方案中，每个像素可以包括光源104或光电探测器106。实际上，鉴于最终图像的每个像素可以被多个光电探测器/光源对看到，在所采集的信息中存在冗余，因此不需要在设备100的每个像素内均具有光电探测器/光源对。因此，在阵列内可以周期性的具有不包括光电二极管的像素以释放用于产生光源的空间。
在之前描述的所有实施例中，由成像设备100产生的采集使得能够获得最终的单色图像，光源104能够被产生成使得它们根据相同的波长来发射光(例如红光或者绿光)。然而，考虑到光采集是基于受抑全反射现象进行的，因此图像的形成不依赖于或几乎不依赖于光的波长。然而，为了限制色像差的影响，在重建最终图像的过程中可能会考虑到光的波长。
然而，可以通过使用发射不同颜色的光的光源104来生产成像设备100，以使得所采集的图像是彩色的。例如，从光源阵列104的一条线到另一条线，可以具有发射不同波长的光的光源104。因此，对于光源阵列104的所有行，光源104的第一行可以发射绿光，光源104的第二行可以发射红光，光源104的第三行可以发射蓝光，以此类推。
另外，通过例如在每个像素均包括光电探测器106的四个像素组的中心处产生光源104中的每一个光源，可以在并排布置的多个光电探测器106之间共享光源104。
根据另一可选方案，特别是当使用互补金属氧化物半导体技术产生成像设备时，还可以将每个像素产生为使得其包括光电探测器106和三个光源104，每个光源104被配置为发射红光、绿光或蓝光。因此，成像设备100的传感器部分形成彩色显示器，该彩色显示器可以与例如其中集成有成像设备100的智能手机的屏幕的其余部分相结合。
还可以使成像设备100用作例如“闪光灯”，换句话说，该成像设备被配置为发射高强度的白光。在这种情况下，这种成像设备100可被布置在智能手机类型的电子设备的后侧上，例如当拍摄照片时该闪光灯起作用。
在之前描述的不同实施例中，由光学介质108的上表面形成的采集表面109和由光学介质108的下表面形成的检测表面111基本上是平坦的。然而，可以设想使这些表面中的至少一个为凹面或凸面，特别是采集表面109。在这种情况下，可取的是考虑的该面的曲率半径以及相关的放大因子或失真因子，该曲率半径影响该面上的光线的反射，并且因此影响用于采集待成像元件的每个局部图像的光电探测器106的选择。由于这些参数是稳定的，因此在生产中可以有利地实施系统校准。
在所描述的不同实施例中，可以例如通过在手指前方沉积低光学指数的层来控制发光二极管的光发射角度，使得该层与玻璃之间的极限角对应于所期望的角度值。例如，这样的控制可以用于同时接通彼此之间不足够远的两个光源以使其彼此之间不相互干扰。

Claims (16)

1.一种光学成像设备(100)，该光学成像设备至少包括：
光源的阵列(104)，所述光源为点光源，所述光源的阵列在衬底(102)上产生且形成显示屏；
光电探测器的阵列(106)，所述光电探测器的阵列在所述衬底(102)上产生且与所述光源的阵列(104)相交错；
光学介质(108)，所述光学介质的厚度大于所述光电探测器的阵列(106)中的光电探测器(106)的间距，所述光学介质覆盖所述光源(104)和所述光电探测器(106)，并且形成采集表面(109)和与所述采集表面(109)平行的检测表面(111)，由所述光源(104)发射的光能够传播通过所述光学介质，待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面，所述光源的阵列(104)和所述光电探测器的阵列(106)被布置成抵靠所述检测表面；
控制和读取装置(134、136、138、140)，所述控制和读取装置被配置用于依次接通和关闭一部分光源(104)中的每一个光源，以及在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间，读取用于接收光线(113、115)的至少一部分光电探测器(106)，所述光线来自被点亮的所述光源(104)且已经在所述采集表面(109)上经历反射，同时所述光线与所述采集表面(109)形成入射角，根据所述光学介质(108)和所述待成像元件来估算所述入射角。
2.根据权利要求1所述的光学成像设备(100)，其中，所述入射角的值在第一极限折射角的值和第二极限折射角的值之间或者等于所述第一极限折射角的值或所述第二极限折射角的值，其中，所述第一极限折射角的值是通过所述光学介质(108)的光学指数和所述待成像元件所处的大气的光学指数来限定的，所述第二极限折射角的值是通过所述光学介质(108)的光学指数和附加光学指数来限定的，所述附加光学指数的值大于所述光学介质(108)的光学指数的值且小于或等于所述待成像元件的光学指数的值。
3.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100)，其中，所述控制和读取装置(134、136、138、140)被配置为在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间，读取位于所述检测表面(111)中的环形区域(114)内的光电探测器(106)，所述环形区域是由相对于所述采集表面(109)形成第一极限折射角和第二极限折射角的光线所反射的光线(113、115)所界定的。
4.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100)，其中，所述控制和读取装置(134、136、138、140)被配置为使得在所述一部分光源(104)中的每一个光源接通期间所读取的光电探测器(106)传送所述待成像元件的部分图像，使得所获得的部分图像中的每一个图像与所述待成像元件的所述部分图像中的至少一个其他部分图像部分重叠。
5.根据权利要求4所述的光学成像设备(100)，进一步包括用于根据所述待成像元件的所述部分图像来计算所述待成像元件的最终图像的装置。
6.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100)，进一步包括附加光源(126)，所述附加光源被布置在所述光源的阵列(104)的外部且与由所述光源的阵列(104)的各个角落所形成的各个角的角平分线对齐。
7.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100)，其中，所述显示屏的每个像素包括所述光源(104)之一和所述光电探测器(106)之一。
8.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100)，其中，所述光源(104)由发光二极管形成，且所述控制和读取装置(134、136、138、140)包括互补金属氧化物半导体晶体管；或者，其中，所述光源(104)为有机发光二极管类型的光源，且所述控制和读取装置(134、136、138、140)包括与所述光电探测器的阵列(106)交错布置的薄膜晶体管。
9.根据权利要求8所述的光学成像设备(100)，其中，当所述光源(104)为有机发光二极管类型的光源且当所述控制和读取装置(134、136、138、140)包括薄膜晶体管时，所述薄膜晶体管是在透明且形成所述光学介质(108)的所述衬底(102)上产生的。
10.根据权利要求1或2所述的光学成像设备(100)，其中，所述光学介质(108)的厚度大于50μm；或者，其中，所述光学介质(108)包括厚度大于或等于700μm的玻璃板。
11.一种使用光学成像设备(100)实施的图像采集方法，所述光学成像设备至少包括：
光源的阵列(104)，所述光源为点光源，所述光源的阵列在衬底(102)上产生且形成显示屏；
光电探测器的阵列(106)，所述光电探测器的阵列在所述衬底(102)上产生且与所述光源的阵列(104)相交错；
光学介质(108)，所述光学介质的厚度大于所述光电探测器的阵列(106)中的光电探测器(106)的间距，所述光学介质覆盖所述光源(104)和所述光电探测器(106)，并且形成采集表面(109)和与所述采集表面(109)平行的检测表面(111)，由所述光源(104)发射的光能够传播通过所述光学介质，待成像元件要被布置成抵靠所述采集表面，所述光源的阵列(104)和所述光电探测器的阵列(106)被布置成抵靠所述检测表面；
所述图像采集方法包括执行以下步骤：
a)接通所述光源(104)中的一个光源；
b)读取接收光线(113、115)的至少一部分光电探测器(106)，所述光线来自被点亮的所述光源(104)且已经在所述采集表面(109)上经历反射，同时与所述采集表面(109)形成入射角，根据所述光学介质(108)和所述待成像元件来估算所述入射角；
c)关闭所述被点亮的光源(104)；
针对一部分光源(104)中的每一个光源重复步骤a)至步骤c)。
12.根据权利要求11所述的图像采集方法，其中，所述入射角的值在第一极限折射角的值和第二极限折射角的值之间或者等于所述第一极限折射角的值或所述第二极限折射角的值，其中，所述第一极限折射角的值是通过所述光学介质(108)的光学指数和所述待成像元件所处的大气的光学指数来限定的，所述第二极限折射角的值是通过所述光学介质(108)的光学指数和附加光学指数来限定的，所述附加光学指数的值大于所述光学介质(108)的光学指数的值且小于或等于所述待成像元件的光学指数的值。
13.根据权利要求11或12所述的图像采集方法，其中，在步骤b)期间所读取的光电探测器(106)是位于所述检测表面(111)中的环形区域(114)内的光电探测器，所述环形区域是由相对于所述采集表面(109)形成第一极限折射角和第二极限折射角的光线所反射的光线(113、115)所界定的。
14.根据权利要求11或12所述的图像采集方法，其中，在每次实施步骤b)期间，所读取的光电探测器(106)传送所述待成像元件的部分图像，使得所获得的部分图像中的每一个部分图像与所述待成像元件的所述部分图像中的至少一个其他部分图像部分重叠。
15.根据权利要求14所述的图像采集方法，进一步包括实施根据所述待成像元件的所述部分图像来计算所述待成像元件的最终图像的步骤。
16.根据权利要求11或12所述的图像采集方法，其中，还针对附加光源(126)实施步骤a)至步骤c)，所述附加光源被布置在所述光源的阵列(104)的外部且与由所述光源的阵列(104)的各个角落所形成的各个角的角平分线对齐。
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