CN109993051A - 生物特征成像装置以及用于制造生物特征成像装置的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种生物特征成像装置(100)，其被配置成被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与显示面板的外表面(106)接触的对象的图像。该生物特征成像装置包括：图像传感器(108)，其包括光电检测器像素阵列(109)；透明基板(112)，其被布置成覆盖图像传感器；覆盖透明基板的上表面的不透明层(114)，其中，不透明层还包括多个分开的开口(116)；以及多个微透镜(118)，每个微透镜被布置成与不透明层的相应开口对准；其中，每个微透镜被配置成将光重定向成穿过透明基板并且到达光电检测器像素阵列中的像素子阵列(120)上。

Description

生物特征成像装置以及用于制造生物特征成像装置的方法

技术领域

本发明涉及适于集成在显示面板中的光学指纹感测装置以及用于制造这种传感器的方法。特别地，本发明涉及包括多个微透镜的光学指纹传感器。

背景技术

生物特征系统被广泛用作增加诸如移动电话等个人电子装置的便利性和安全性的手段。特别是指纹感测系统现在被包括在诸如移动电话的所有新近发布的消费电子装置的大部分中。

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，光学指纹传感器可以是例如电容式指纹传感器的可行的替选物。光学指纹传感器可以例如基于小孔成像原理和/或可以采用微通道(即准直器或微透镜)来将入射光聚焦到图像传感器上。

US 2007/0109438描述了一种可以用作指纹传感器的光学成像系统，在该系统中，微透镜被布置成将光重定向到检测器上。在所描述的成像系统中，每个微透镜构成采样点，并且微透镜被彼此靠近布置以增加图像分辨率。为了避免混合从相邻微透镜接收到的光，在微透镜与检测器之间布置微通道或孔。

然而，为了实现高分辨率传感器，必须使微透镜变小并且以高精度制造微透镜，使得制造工艺复杂且对变化敏感，并且包括小的微透镜的所描述类型的传感器也将对覆盖传感器的任何层的透射率的空间差异敏感。

因此，期望提供一种改进的光学指纹感测装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的是提供适于布置在显示面板下方的生物特征成像装置，从而提供显示器内指纹感测功能。还提供了用于制造这种生物特征成像装置的方法。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种生物特征成像装置，该生物特征成像装置被配置成被布置在至少部分透明的显示面板下方并且被配置成捕获与显示面板的外表面接触的对象的图像，该生物特征成像装置包括：图像传感器，其包括光电检测器像素阵列；透明基板，其被布置成覆盖图像传感器；覆盖透明基板的上表面的不透明层，其中，不透明层还包括多个分开的开口；以及多个微透镜，每个微透镜在与所述不透明层相同的平面位于不透明层的相应开口中；其中，每个微透镜被配置成将光重定向成穿过透明基板并且到达光电检测器像素阵列中的像素子阵列上。

下方布置有生物特征成像装置的显示面板的外表面也可以称为感测表面。所描述的生物特征成像装置的操作原理是：由显示面板中的像素发射的光将被放置在感测表面上的手指反射，并且反射的光被微透镜接收并随后被重定向到每个微透镜的光电检测器像素阵列中的对应的像素子阵列上。由此，可以针对每个子阵列捕获手指的一部分的图像，并且通过将来自所有微透镜的图像进行组合，可以形成表示指纹的图像并且可以执行随后的生物特征验证。

此处，不透明层中的开口用作孔，允许光经由微透镜穿过孔。微透镜的特性被选择成使得光电检测器像素阵列中的每个子阵列经由微透镜接收由放置在显示面板的外表面上的手指的指纹的一部分反射的光。因此，可以通过将由所有子阵列捕获的图像进行组合来形成表示完整指纹的组合图像。当生物特征成像装置被布置在显示面板下方时，足以激活与手指在显示器上的位置对应的子阵列，而不是激活成像装置中的所有子阵列。而且，仅需要激活与手指位置对应的位置中的显示像素。

所描述的不透明层和微透镜的配置允许微透镜的稀疏布置，在该稀疏布置中，相邻的微透镜被不透明层的一部分分开，该部分对应于不透明层中的开口的分离。相邻微透镜之间的优选距离由一系列参数确定，并且将在下面进一步详细论述。

借助于所要求保护的发明，提供了一种生物特征成像装置，该生物特征成像装置易于被集成在显示面板中以提供显示器内指纹感测功能，并且其中，可以使成像装置对显示面板的透射率的空间变化不敏感。此外，得到的图像的分辨率不是仅由微透镜阵列来限定的，因为根据本发明的各种实施方式，每个微透镜又将光重定向到图像传感器中的多个像素上。因此，该分辨率将基于微透镜的光学性质和图像传感器的分辨率的组合来确定。因此，与每个微透镜对应于得到图像中的单个像素的传感器相比，微透镜可以被制造得更大并且彼此相距一定距离来布置。因此，简化了制造工艺，并且制造工艺也与大规模晶片处理技术以及大规模封装级处理兼容。

微透镜在被布置在不透明层的与不透明层在同一平面中的相应开口中。因此，在孔与微透镜之间没有垂直距离。这又简化了制造工艺，因为不透明层和微透镜都可以布置在透明基板上。因此，在微透镜被布置成与不透明层以及不透明层中的开口在同一平面中的情况下，光的收集度高并且到达图像传感器的杂散光的风险被最小化。

根据本发明的一个实施方式，微透镜的尺寸对应于开口的尺寸。因此，由微透镜接收的所有光被重定向到图像传感器，并且未穿过微透镜的光不会到达图像传感器。

根据本发明的一个实施方式，微透镜可以有利地被配置成将光聚焦到像素子阵列上。由此，光被聚焦在图像传感器上，并且可以捕获手指的一部分的清晰图像。然而，原则上可以在这样的配置中使用微透镜，在该配置中，对来自微透镜的光的会聚在图像传感器上形成略微散焦/模糊的图像，这意味着不严格要求透镜的焦点位于图像传感器的平面中。

根据本发明的一个实施方式，由仅从一个微透镜接收光的像素子阵列限定的有效子阵列小于微透镜与图像传感器之间的距离的两倍。

理论上，图像传感器上的图像将无限延伸，但实际上在角度大于45度时基本上为零。由于场曲率并且由于透镜收集的光随着角度的增加而减少，图像将散焦。场曲率二次方地取决于角度(视场)和透镜尺寸两者。因此，具有一半直径的透镜将具有四分之一的场曲率，但也具有四分之一的光。

此外，有效子阵列的全部或部分可以被定义为在读出和/或后续图像处理期间被使用以形成手指的一部分的图像的质量区域。然而，这样的质量区域可以是诸如圆形、椭圆形或矩形的任何合适的形状，并且不要求质量区域具有与微透镜相同的形状，微透镜可以是圆形、椭圆形或矩形，因为可以通过读出方法和随后的图像处理技术来确定质量区域的配置。

根据本发明的一个实施方式，不透明层中的多个开口被布置成形成开口阵列，该开口阵列的间距大于光电检测器像素阵列中的有效像素子阵列的尺寸的一半。由此可以避免相邻的子阵列完全交叠并且可以确保来自仅一个透镜的光到达图像传感器中的特定数目的图像传感器像素。原则上，可以看作限定有效子阵列的非交叠区域的尺寸随着微透镜之间的距离的增加而增加。

根据本发明的一个实施方式，子阵列的尺寸可以在20μm至2mm的范围内。

根据本发明的一个实施方式，微透镜可以是直径在20μm至1mm范围内的圆形透镜，或者是最短边的长度在20μm至1mm的范围内的矩形透镜。此外，微透镜的高度可以在2μm至600μm的范围内。

根据本发明的一个实施方式，微透镜可以以间距在50μm至2mm范围内的阵列来布置，并且可以以诸如正方形、矩形或六边形阵列的任何图案来布置阵列。

利用多个微透镜的上述可能的配置，可以提供在显示面板下方使用的光学指纹传感器，并且可以基于显示面板的特性和手头应用的要求来调整特定配置。

根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置还可包括在不透明层与透明基板之间的至少一个中间层。中间层可以例如是改进不透明层与透明基板的粘附性和/或用于改进整个结构的机械/热稳定性和可靠性的层。位于微透镜与透明基板之间的任何中间层优选地具有高透明度并且具有与微透镜或透明基板相同的折射率，以避免相邻层之间的界面处的不期望的折射和/或反射。

根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置还可包括至少部分透明的显示面板，该至少部分透明的显示面板被布置成覆盖不透明层。显示面板可以例如基于OLED、LCD、μLED和类似技术。从而，使显示器内生物成像成为可能。

根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置还可包括在不透明层与显示面板之间的至少一个中间层。不透明层与显示面板之间的中间层可以是例如覆盖不透明层和微透镜两者的抗反射涂层。在微透镜与显示面板之间也可以存在气隙，以便在微透镜旁边提供具有低折射率的材料。然而，气隙不排除布置在微透镜和不透明层上的一个或多个中间层的存在。中间层可以例如具有与微透镜的折射率不同的折射率。中间层的折射率也可以高于透镜的折射率。在这种情况下，必须反转透镜的曲率，使得朝向较高折射率的材料弯曲透镜。

根据本发明的一个实施方式，显示面板在与微透镜位置对应的位置处至少部分透明。因此，并不严格要求显示面板是完全透明的，仅需要显示面板在微透镜的位置处足够透明，使得足够的光可以穿过显示器并且到达微透镜以使得能够由图像传感器捕获图像。

根据本发明的一个实施方式，显示面板具有重复透射图案，重复图案中的每个单位单元包括第一部分，该第一部分的透明度比第二部分更高，并且其中，微透镜被布置在与第一部分对应的位置中。由于显示面板包括像素阵列以及用于控制像素阵列的对应电路，因此显示器的透明度可以根据例如显示像素以可重复的方式变化。因此，可以被任意定义的显示单位单元可以被视为具有透明度较高的区域部分和透明度较低的区域部分。由于期望使尽可能多的光到达图像传感器，所以微透镜优选地与具有最高透明度的显示单位单元的一个或多个部分对准。

根据本发明的一个实施方式，微透镜可以具有大于可重复透射图案的周期的尺寸。因此，由子阵列形成的图像基于多于一个的上述显示单位单元的平均值。这又具有以下优点：微透镜相对于透射图案的相对对准可以被任意选择。

根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置还可包括布置在不透明层上的多个导电结构，其中，导电结构连接到感测电路并且被配置成检测接触显示面板表面的对象。导电结构可以以在成像装置的微透镜之间的一些或所有区域中的结构阵列来提供。还可以在不透明层上形成稀疏的导电结构阵列。导电结构有利地形成为板或垫，以与放置在显示器表面上的手指形成电容耦合，并且感测电路由此被配置成检测该电容耦合。然后，所描述的导电结构可以用于提供“手指检测”或“唤醒”功能，使得光学传感器可以被停用或处于待机模式，直到检测到显示面板上出现手指为止。此外，多个导电结构还可以用于确定显示器表面上的一个或更多个手指的位置，使得仅激活所需位置中的子阵列以获取指纹图像，从而提供更高能效的成像装置。

根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置还可以包括位于显示面板与图像传感器之间的偏振滤光器。

根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置还可以包括位于显示面板与图像传感器之间的滤光器。滤光器也可以称为波长滤光器或光谱滤光器，其允许特定波长或特定波长范围内的光通过。

偏振滤光器和滤色器可以用于避免未被显示面板发射并且未被手指反射的光到达图像传感器。例如，可以将显示器控制成发射预定偏振的光或已知颜色范围内的光，并且提供仅允许具有发射的光的特性的光到达图像传感器的滤光器。

根据本发明的第二方面，提供了一种生物特征成像装置，该生物特征成像装置被配置成被布置在至少部分透明的显示面板下方并且被配置成捕获与显示面板的外表面接触的对象的图像，该生物特征成像装置包括：图像传感器，其包括光电检测器像素阵列；透明基板，其被布置成覆盖图像传感器；覆盖透明基板的上表面的不透明层，其中，不透明层还包括多个分开的开口；以及多个微透镜，每个微透镜位于不透明层的相应开口上方并且与不透明层的相应开口相距一定距离，使得每个微透镜的焦点位于不透明层与图像传感器之间；其中，每个微透镜被配置成将光重定向成穿过透明基板并且到达光电检测器像素阵列中的像素子阵列上。

因此，微透镜被放置成与不透明层相距垂直距离但是与不透明层中的开口对准，使得穿过微透镜的光到达图像传感器。开口与微透镜之间的垂直距离可以由沉积或以其他方式布置在不透明层上的中间透明层限定。

根据本发明的一个实施方式，微透镜与开口之间的垂直距离优选地小于透镜焦距的一半。因此，即使微透镜优选地尽可能靠近不透明层放置或者与不透明层放置在同一平面中，也可能存在不可能将微透镜放置在不透明层的平面中的应用和设计。在这种应用中，微透镜优选地被放置成距不透明层的平面不远于微透镜焦距的一半。随着微透镜与开口之间的距离增加，成像装置的性能会在某种程度上降低，因为存在光通过开口泄漏的风险。

本发明第二方面的另外的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明第一方面所述的效果和特征。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于制造生物特征成像装置的方法，该方法包括：提供包括光电检测器像素阵列的图像传感器；布置透明基板以覆盖图像传感器；在透明基板上形成不透明层；在不透明层中形成开口；以及在与不透明层的开口对准的位置中布置多个微透镜。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括：在不透明层和微透镜的顶部上布置至少部分透明的显示板。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括：在不透明层上形成多个导电结构。导电结构可以与不透明层中的开口不交叠。然而，如果使用诸如ITO的透明金属，则可以允许导电结构与开口和/或微透镜交叠。

本发明的第三方面的另外的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面和第二方面描述的效果和特征。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于制造生物特征成像装置的方法。该方法包括：提供包括光电检测器像素阵列的图像传感器；布置透明基板以覆盖图像传感器；提供透明载体；在透明载体中形成微透镜阵列，从而形成微透镜基板；在微透镜基板上形成不透明层，其中，不透明层不覆盖微透镜；将微透镜基板布置在透明基板上。

可以借助于微机械加工形成微透镜，从而提供相对容易且成本有效的制造方法，其中，不需要制造和处理单独的透镜。

此外，微透镜基板可以是全晶片，并且图像传感器可以被提供为包括多个图像传感器的晶片。然后，通过与图像传感器晶片分开地形成微透镜晶片，然后将两个晶片粘合在一起并切割以形成最终的生物特征成像装置，可以以有效的方式制造所描述的生物特征成像装置。

本领域技术人员容易认识到，本发明的第三方面可以与如上面关于本发明的第二方面所述的形成导电结构以及在不透明层上设置透明显示面板的步骤结合进行。

当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将本发明的不同特征进行组合以创建除了下面描述的实施方式之外的实施方式。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，附图示出了本发明的示例实施方式，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的生物特征成像装置；

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的生物特征成像装置；

图3示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的生物特征成像装置；

图4A至图4B示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物特征成像装置和显示面板。

图5是概述根据本发明的一个实施方式的制造生物特征成像装置的方法的一般步骤的流程图。

图6A至图6E示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的制造生物特征成像装置的方法的步骤；以及

图7是概述根据本发明的一个实施方式的制造生物特征成像装置的方法的一般步骤的流程图。

图8A至图8D示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的制造生物特征成像装置的方法的步骤；以及

图9示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的生物特征成像装置。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参照布置在显示面板下方的生物特征成像装置来描述根据本发明的生物特征成像装置的各种实施方式。然而，应当注意，所描述的成像装置也可以用于其他光学指纹成像应用，例如位于盖玻片等下方的光学指纹传感器中。

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物特征成像装置100。这里，生物特征成像装置100被布置在至少部分透明的显示面板102下方。然而，生物特征成像装置100可以被布置在任何足够透明的覆盖结构下，只要图像传感器接收到足够量的光以捕获与该覆盖结构的外表面接触的生物特征对象的图像即可，生物特征对象例如指纹或掌纹。在下文中，将描述被配置成捕获与显示面板102的外表面106接触的手指104的图像的生物特征成像装置100。

生物特征成像装置100包括图像传感器108，图像传感器108包括光电检测器像素阵列109，其中，每个像素110是可单独控制的光电检测器，光电检测器被配置成检测入射光的量并且生成检测电信号，该电信号指示由检测器接收到的光。图像传感器108可以是任何合适类型的图像传感器，例如连接到相关联的控制电路的CMOS或CCD传感器。这样的图像传感器的操作和控制可以认为是已知的，并且本文中将不再论述。

生物特征成像装置100还包括：被布置成覆盖图像传感器108的透明基板112；覆盖透明基板112的上表面的不透明层114。不透明层114还包括多个分开的开口116，开口116被布置成彼此有一定距离；以及多个微透镜118。每个微透镜118被布置在与不透明层114在同一平面的不透明层114的相应的开口116中。此外，微透镜118具有与开口116相同的尺寸和形状，以防止未穿过微透镜118的杂散光到达图像传感器108。

在另一个实施方式中，微透镜118可以被布置在不透明层114上方，即与不透明层114相距垂直距离，其中微透镜118的焦点位于不透明层114与图像传感器108之间。

每个微透镜118被配置成将光重定向成穿过透明基板112并且到达光电检测器像素阵列109中的像素子阵列120上。这里，子阵列120被限定为仅从一个微透镜118接收光的像素阵列。还应当注意的是，微透镜118和显示像素未按比例绘制。微透镜118接收由手指104反射的光，该光在到达微透镜118之前已经穿过显示面板102传播，并且由微透镜118接收的光被聚焦到图像传感器108上。

此处将微透镜118示出为平凸透镜，该平凸透镜具有朝向透明基板取向的平坦表面。还可以使用其他透镜配置和形状。平凸透镜可以例如被布置成平坦表面朝向显示面板102，并且在一个实施方式中，透镜可以附接到显示面板102的下表面，即使与微透镜的反向方向相比可能降低成像性能。还可以使用其他类型的透镜，例如凸透镜。使用平凸透镜的优点是制造和组装具有平坦表面的透镜的容易性。

生物特征成像装置100还包括位于不透明层114与显示面板102之间的中间层122。中间层122可以例如是用于将显示面板102附接到成像装置100的粘合层，并且中间层122的折射率不同于微透镜118的折射率。中间层122还可以包括本文中未单独示出的抗反射涂层、滤光器和/或偏振滤光器。通常优选的是，微透镜118的折射率尽可能高并且与微透镜118上方或下方的任何相邻材料的折射率不同。

图2是生物特征成像装置100的分解图，图2更清楚地示出了像素阵列109中的接收来自一个微透镜118的光的像素子阵列120。这里，微透镜118被示出为提供圆形像素子阵列120的圆形平凸透镜。还可以使用矩形微透镜，矩形微透镜会导致近似矩形的像素子阵列。微透镜118的间距至少大于子阵列120的尺寸的一半，或者大于微透镜118的直径，无论子阵列120的尺寸的一半和微透镜118的直径中的哪个是最大的。对于圆形微透镜118，微透镜118的直径可以在20μm至1mm的范围内，对于矩形微透镜，最短边的长度可以在20μm至1mm的范围内。此外，微透镜118具有2μm至600μm范围内的高度，并且以具有50μm至2mm范围内的间距的稀疏阵列配置来布置。微透镜阵列内的所有微透镜118优选地具有相同的尺寸和形状。

在图2中，还可以看出，子阵列120是非交叠的，尽管可能不是严格要求的，但是这是优选的。因此，每个微透镜118将光重定向到包括多个光感测元件的像素阵列120上，使得由用于对应微透镜118的子阵列120来捕获图像。每个图像代表指纹的一部分，并且通过将捕获的图像进行组合，可以得到手指的完整图像并用于进一步的认证和验证。在从多个子阵列捕获到多个图像之后，可以以许多不同的方式执行得到指纹图像所需的图像分析，并且本文中将不再详细论述。

可以注意到，为了捕获指纹的图像，仅需要激活位于手指正下方的子阵列，从而提供高能效且快速的图像捕获。此外，可以顺序地执行子阵列的激活，使得不是所有子阵列都需要同时被激活，从而使得能够使用简化的读出电路。

图3示意性地示出了生物特征成像装置100的示例实施方式，该生物特征成像装置100包括布置在不透明层114上的导电结构302，其中，导电结构302连接到感测电路(未示出)并且被配置成检测接触显示面板的表面的对象。导电结构302是电容感测板，该电容感测板被配置成检测感测板和与显示面板102的外表面106接触的有机对象之间的电容耦合。此处，导电结构302被示出为位于微透镜118之间。然而，如果使用透明导电材料，则还可以将导电结构302布置成使得微透镜118完全或部分地被导电结构302覆盖。

图4A至图4B示意性地示出了下述显示面板102，该显示面板102具有由单位单元402、404的阵列限定的重复透射图案，其中，可重复图案中的每个单位单元包括具有比第二部分410、412更高透明度的第一部分406、408。在图4A中，微透镜118大于显示单位单元402。对于约50μm的显示面板像素间距，微透镜118通常大于显示面板120的单位单元402，使得微透镜118对显示面板102的许多单位单元402上的入射光进行平均。

图4B示出了下述显示面板102，在该显示面板102处，单位单元404大于微透镜118。因此，在微透镜118小于显示面板102的单位单元404的尺寸或者具有与显示面板102的单位单元404的尺寸相似的尺寸的应用中，微透镜118优选地与具有最高透射率的单位单元404的部分406对准，使得最大量的光到达微透镜118并且随后到达图像传感器108。

图5是概述根据本发明的实施方式的制造生物特征成像装置的方法的一般步骤的流程图。将进一步参照图6A至图6E来论述该方法，图6A至图6E示意性地示出了制造方法的步骤。

在图6A所示的第一步骤中，提供500包括光电检测器像素阵列109的图像传感器108。接下来，如图6B所示，布置502透明基板112以覆盖图像传感器108。在图像传感器108与透明基板112之间可以存在附加层，例如缓冲层、介电层、IR滤光器层、偏振层等。还可以存在位于透明基板112顶部的附加中间层。

图6C和图6D示出了在透明基板112上形成504不透明层114以及在不透明层114中形成506开口116。不透明层114可以例如是具有足够厚度的油墨层，使得穿过该层到达的任何光都可以忽略不计。可以使用常规的光刻图案化方法来形成不透明层中的开口116。

在图6E所示的最后步骤中，将多个微透镜118布置508在与不透明层114的开口116对准的位置中。优选地，微透镜118具有与开口116相同的尺寸或者略大于开口116。如果微透镜118具有与开口116不同的尺寸或形状，则微透镜118的中心优选地与开口116的中心对准。在图6E中，微透镜118被布置在与不透明层114相同的平面中。在布置微透镜之前，还可以执行将中间透明层(未示出)沉积到不透明层114上的附加步骤。因此，微透镜118之间的垂直距离由中间层限定。

图7是概述根据本发明的实施方式的制造生物特征成像装置的方法的一般步骤的流程图。将进一步参照图8A至图8D来论述该方法，8A至

图8D示意性地示出了制造方法的步骤。

首先，该方法包括以下步骤：提供500包括光电检测器像素阵列109的图像传感器108，以及布置502透明基板112以覆盖图像传感器108，这与图6A至图6B中所示的步骤相同。

在接下来的步骤中，提供700透明载体800，如图8A所示。接下来，在透明载体800中形成702稀疏的微透镜阵列118，从而形成图8B中所示的微透镜基板802。有利地使用微机械加工来形成微透镜118。然而，可以使用任何合适的形成3D结构的方法。

一旦形成了微透镜118，就在微透镜基板802上形成704不透明层114，如图8C所示。不透明层114不覆盖微透镜118，这可以通过沉积覆盖层然后进行光刻和图案化来实现。还可以使用阴影掩模来沉积不透明层114。

最后，将微透镜基板802布置在透明基板112上，如图8D所示。取决于微透镜基板802的厚度和性质以及生物特征成像装置的期望特性，可以在不使用透明基板112的情况下将微透镜基板802直接布置在图像传感器108上。

图9示意性地示出了成像装置的示例实施方式，在该实施方式中，微透镜118也被形成在透明的微透镜基板802上，其中，微透镜118可以直接被从载体切割成期望的形状以形成微透镜基板802。然而，在图9所示的示例中，与先前示出的实施方式相比，微透镜基板被翻转，即上下颠倒，使得微透镜118即微透镜118的突出的弯曲部分面向图像传感器108。

原则上，微透镜118也可以是直接附接到显示面板102或附接到中间载体的分开的单独的微透镜118。此处，微透镜基板802被示出为以框架的形式布置在支承结构902上，以在微透镜基板802与透明基板112之间形成必要的距离，从而为微透镜118留出空间。同样，此处微透镜118是平凸透镜，其中透镜的平坦表面面向载体。

此外，在微透镜118如图9所示被布置在微透镜基板上或者直接布置在显示面板102上的应用中，不透明层114可以以图8C所示的方式布置成邻近微透镜118，而不是如图9所示布置在透明基板112上。

将微透镜布置在微透镜基板802或搁置在支承结构902上的其他载体上的另一个优点是微透镜118将与图像传感器108机械地分离，从而防止微透镜118或图像传感器108由于任何热膨胀失配而翘曲(warpage)。如果微透镜阵列和图像传感器彼此机械耦合，则热膨胀失配可能导致微透镜的翘曲，这可能带来降低光学指纹传感器的成像性能的风险。因此，图像传感器的微透镜阵列和光电检测器像素阵列可以优选地通过诸如气隙的间隙分开。

该方法还可以包括本文中未示出的附加步骤，例如在不透明层上形成导电结构，形成诸如偏振滤光器或波长滤波器的附加层，和/或随后在生物特征成像装置上布置显示面板。

尽管已经参照本发明的具体示例性实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。而且，应当注意，成像装置的部件以及用于制造成像装置的方法可以以各种方式被省略、互换或布置，成像装置仍能够执行本发明的功能。

此外，本领域技术人员可以根据对附图、公开内容和所附权利要求书的研究在实践所要求保护的发明时理解和实现所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用的某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (26)

1.一种生物特征成像装置(100)，其被配置成被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与所述显示面板的外表面(106)接触的对象的图像，所述生物特征成像装置包括：

图像传感器(108)，其包括光电检测器像素阵列(109)；

透明基板(112)，其被布置成覆盖所述图像传感器；

覆盖所述透明基板的上表面的不透明层(114)，其中，所述不透明层还包括多个分开的开口(116)；以及

多个微透镜(118)，每个微透镜在与所述不透明层相同的平面位于所述不透明层的相应开口中；其中，每个微透镜被配置成将光重定向成穿过所述透明基板并且到达所述光电检测器像素阵列中的像素子阵列(120)上。

2.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜的尺寸对应于所述开口的尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜被配置成将光聚焦到所述像素子阵列上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，由仅从一个微透镜接收光的像素子阵列限定的有效子阵列小于所述微透镜与所述图像传感器之间的距离的两倍。

5.根据权利要求4所述的生物特征成像装置，其中，所述不透明层中的所述多个开口被布置成形成开口阵列，所述开口阵列具有大于所述光电检测器像素阵列中的有效像素子阵列的尺寸的一半的间距。

6.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述子阵列的尺寸在20μm至2mm的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜是直径在20μm至1mm范围内的圆形透镜。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜是最短边的长度在20μm至1mm范围内的矩形透镜。

9.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜的高度在2μm至600μm的范围内。

10.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜被布置成具有50μm至2mm范围内的间距的阵列。

11.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜被布置成正方形、矩形或六边形阵列。

12.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，还包括在所述不透明层与所述透明基板之间的至少一个中间层。

13.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，还包括至少部分透明的显示面板，所述至少部分透明的显示面板被布置成覆盖所述不透明层和所述微透镜。

14.根据权利要求13所述的生物特征成像装置，还包括被布置在所述不透明层与所述显示面板之间的至少一个中间层(122)。

15.根据权利要求13或14所述的生物特征成像装置，其中，所述显示面板在与所述微透镜的位置对应的位置处至少部分透明。

16.根据权利要求14所述的生物特征成像装置，其中，所述显示面板具有由单位单元(402，404)的阵列限定的重复透射图案，所述重复透射图案中的每个单位单元包括第一部分(406，408)，所述第一部分(406，408)的透明度高于所述单位单元的第二部分(410，412)的透明度，并且其中，所述微透镜被布置在与所述单位单元的所述第一部分对应的位置中。

17.根据权利要求16所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜的尺寸大于所述重复透射图案的周期。

18.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，还包括布置在所述不透明层上的多个导电结构(302)，其中，所述导电结构连接到感测电路并且被配置成检测接触所述显示面板的表面的对象。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的生物特征成像装置，还包括位于所述显示面板与所述图像传感器之间的偏振滤光器。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的生物特征成像装置，还包括位于所述显示面板与所述图像传感器之间的滤光器。

21.一种生物特征成像装置(100)，其被配置成被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与所述显示面板的外表面(106)接触的对象的图像，所述生物特征成像装置包括：

图像传感器(108)，其包括光电检测器像素阵列(109)；

透明基板(112)，其被布置成覆盖所述图像传感器；

覆盖所述透明基板的上表面的不透明层(114)，其中，所述不透明层还包括多个分开的开口(116)；以及

多个微透镜(118)，每个微透镜位于所述不透明层的相应开口上方并且与所述不透明层的相应开口相距一定距离，使得每个微透镜的焦点位于所述不透明层与所述图像传感器之间；其中，每个微透镜被配置成将光重定向成穿过所述透明基板并且到达所述光电检测器像素阵列中的像素子阵列(120)上。

22.根据权利要求21所述的生物特征成像装置，其中，所述微透镜与所述开口之间的垂直距离小于所述透镜的焦距的一半。

23.一种用于制造生物特征成像装置的方法，所述方法包括：

提供(500)包括光电检测器像素阵列的图像传感器(108)；

布置(502)透明基板(112)以覆盖所述图像传感器；

在所述透明基板上形成(504)不透明层(114)；

在所述不透明层中形成(506)开口(116)；以及

在与所述不透明层的开口对准的位置中布置(508)多个微透镜(118)。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：在所述不透明层和所述微透镜的顶部上布置至少部分透明的显示面板(102)。

25.根据权利要求23或24所述的方法，还包括：在所述不透明层上形成多个导电结构(302)。

26.一种用于制造生物特征成像装置的方法，所述方法包括：

提供(500)包括光电检测器像素阵列的图像传感器(108)；

布置(502)透明基板(112)以覆盖所述图像传感器；

提供(700)透明载体(800)；

在所述透明载体中形成(702)微透镜阵列(118)，从而形成微透镜基板(802)；

在所述微透镜基板上形成(704)不透明层(114)，其中，所述不透明层不覆盖所述微透镜；以及

将所述微透镜基板布置(706)在所述透明基板上。