CN111178324B - 采用准直器的光学传感器 - Google Patents

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Abstract

公开了用于光学成像的系统和方法。光学指纹传感器包括：图像传感器阵列；准直器滤光层，其设置在图像传感器阵列上方，准直器滤光层具有开孔阵列；以及光照层，其设置在准直器滤光层上方。准直器滤光层过滤反射光使得仅有特定的反射光束到达图像传感器阵列中的光学传感元件。采用准直器滤光层在允许使用较低属性图像传感器的同时防止模糊。

Description

采用准直器的光学传感器
本申请是2016年2月1日递交的、申请号为2016100690383的发明申请的分案申请。
技术领域
本公开大致涉及光学传感器，更具体地涉及一种采用准直器的光学传感器。
背景技术
目标成像在各种应用中是有用的。举例来说，生物识别系统对生物目标进行成像以认证和/或验证包含识别系统的设备的用户。生物成像提供了一种可靠的非侵入性的方式来验证个体身份以用于识别。各种类型的传感器可用于生物成像。
指纹，像其他各种生物特征一样，是基于独特的个人特征，从而提供可靠的机制来识别个体。因此，指纹传感器具有许多潜在的应用。例如，指纹传感器可以用来在固定应用，如安全检查点提供访问控制。指纹传感器也可用于在下述移动设备中提供访问控制，如手机、可穿戴智能设备(例如智能手表和运动跟踪器)、平板电脑、个人数字助理(PDA)、导航设备以及便携式游戏设备。相应地，一些应用，特别是与移动设备相关的应用可能需要既小型又高度可靠的识别系统。
大多数市售的指纹传感器是基于光学或电容传感技术。不幸的是，传统的光学指纹传感器太过笨重以致于无法被封装在移动设备以及其他常见的消费类电子设备中，限制其用于其中传感器尺寸不受限制门访问控制终端和类似应用。
结果，大多数移动设备中的指纹传感器是具有传感阵列的电容传感器，传感阵列配置为感测指纹的凸脊和凹谷特征。典型地，这些指纹传感器检测绝对电容(有时称为“自电容”)或跨电容(有时称为“互电容”)。在任一情况下，阵列中的每个传感元件的电容随着是否存在凸脊或凹谷而变化，并且这些变化被电检测以形成指纹的图像。
虽然电容式指纹传感器提供了一定的优势，但大多数市售的电容式指纹传感器在经过长距离感测精细的凸脊和凹谷特征时具有困难，需要指纹接触接近传感阵列的传感表面。对于电容传感器来讲穿过厚层，如保护许多智能手机和其他移动设备的显示器的厚盖板玻璃(在文中有时也称为“盖板透镜”)来检测指纹仍然是一个重大的挑战。为了解决这个问题，往往在盖板玻璃上显示器旁边的区域形成一个切口，并且将独立的电容式指纹传感器(通常与机械按钮集成)放置在切口区域中，从而可以检测指纹而不必穿过盖板玻璃来感测。需要切口使得难以在设备的表面形成齐平的表面，影响用户体验，并且使制造复杂化。机械按钮的存在也占用了宝贵的设备不动产。
对于基于光学的传感器而言一个可能的解决方案是使用针孔型照相机。针孔照相机包括薄的光阻挡层，其具有小开孔。在阻挡层的一侧来自目标的光线穿过该开孔，并以倒立的方式被投射到设置于阻挡层的相反侧的检测表面上。然而，针孔照相机具有一定的缺点。例如，从针孔照相机配置聚集的图像被倒立，从而可能需要使用额外的处理。此外，来自目标的大量的光被阻挡层阻挡，只有少量的光通过开孔。因此，图像质量可能是一个问题。此外，随着阻挡层与待成像的目标之间的距离的变化，成像目标的区域会发生显著变化。
发明内容
本公开的一个实施例提供了一种光学指纹传感器。所述光学指纹传感器包括：图像传感器阵列；准直器滤光层，其设置在所述图像传感器阵列上方，所述准直器滤光层具有开孔阵列；以及光照层，其设置在所述准直器层上方。
本公开的另一实施例提供了一种光学指纹传感器。所述光学指纹传感器包括：光照层，其配置为将光直射到传感区；准直层，其设置在所述光照层下方，并且包括多个开孔，其中所述开孔配置为阻挡来自所述光照层的一部分光；以及图像传感器层，其设置在所述准直层下方，并且包括光学传感器元件阵列，所述光学传感器元件阵列布置成使得多个所述传感器元件接收穿过所述多个开孔中的一个开孔的透射光。
本公开的另外一个实施例提供了一种使用设备对指纹成像的方法。所述方法包括：在光照区透射光使得至少一部分光从传感区反射；在准直层的表面阻挡从所述传感区反射的光的至少第一部分；在所述准直层的多个开孔内阻挡从所述传感区反射的光的至少第二部分；以及在传感器阵列的多个光学传感器元件处感测从所述传感区反射的光的第三部分，所述第三部分的光穿过所述准直层中的多个开孔的至少之一。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的包括光学传感器和处理系统的系统实例的框图；
图2示出了根据本公开的一个实施例的包括光学传感器的移动设备的实例；
图3示出了根据本公开的一个实施例的具有准直器滤光层的光学传感器的实例；
图4示出了根据本公开的一个实施例的与具有准直器滤光层的光学传感器交互的光的实例；
图5示出了根据本公开的一个实施例的准直器滤光层的选择性实施例；以及
图6示出了根据本公开的一个实施例的使输入目标成像的方法。
具体实施方式
接下来的详细描述在本质上仅仅是示例性的，而非限制本发明或本发明的应用和用途。此外，无意于通过前述技术领域、背景技术、发明内容、附图说明或接下来的详细描述中所呈现的任何明示或暗示的理论限定本发明。
转向附图，并且如文中更详细地描述，本发明公开的实施例提供了对诸如指纹等输入目标光学成像的方法和系统。特别地，描述了这样一种方法和系统，其中光学传感器包括准直器滤光层，其作为光调节层操作且夹设于光照层与图像传感器阵列之间。从光照层透过的光从盖板层上方的传感区中的输入目标反射。反射光经准直器滤光层过滤，使得仅有一些所反射的光束达到图像传感器阵列中的光学传感元件。
采用本公开的准直器滤光层可防止模糊不清，同时允许采用与完全基于透镜的或基于针孔照相机的成像传感器相比，较低属性的图像传感器，如指纹传感器。因此，图像传感器可以被制成较薄以用在移动设备(如手机)中。在每个光学传感元件或一组元件上设置各个准直器开孔，通过使更多的光透射到光学传感元件，提供了比完全基于针孔的成像器更好的灵敏度。本公开描述了使用准直器滤光层使得能够穿过大范围厚度的盖板层来进行光学传感。
图1是根据本公开的一个实施例的电子系统100的实例的框图，电子系统100包括光学传感器器件102和处理系统104。举例来说，示出了在捕获、存储和验证生物匹配尝试期间使用的电子设备100的基本功能组件。处理系统104包括(一个或数个)处理器106、存储器108、模板存储器110、操作系统(OS)112、(一个或数个)电源114。(一个或数个)处理器106、存储器108、模板存储器110以及操作系统112的每一个在物理上、通信上和/或操作上互连以用于组件间的通信。电源114互连到各种系统组件以提供必要的电力。
如图所示，(一个或数个)处理器106配置为实现功能和/或处理在电子设备100和处理系统104中执行的指令。例如，处理器106执行存储在存储器108中的指令或存储在模板存储器110上的指令，以识别生物目标或判断生物认证尝试是成功还是不成功。存储器108可以是非暂时的、计算机可读的存储介质，配置为在操作期间将信息存储在电子设备100内。在某些实施例中，存储器108包括临时存储器，其为当电子设备100被关闭时将不保存的信息的区域。这样的临时存储器的实例包括易失性存储器，如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)。存储器108还保存由处理器106执行的程序指令。
模板存储器110包括一个或多个非暂时的计算机可读存储介质。在指纹传感器的上下文中，该模板存储器110通常配置为存储用户指纹的指纹图像的注册视图或其他注册信息。更一般地，模板存储器110可用于存储关于目标的信息。模板存储器110可以进一步配置为长期存储信息。在一些实例中，模板存储器110包括非易失性存储元件。非易失性存储元件的非限制性实例包括磁硬盘、固态硬盘(SSD)、光盘、软盘、闪存或电可编程存储器(EPROM)或电可擦除可编程(EEPROM)存储器的形式等诸如此类。
处理系统104还主持操作系统(OS)112。操作系统112控制处理系统104的组件的操作。例如，操作系统112辅助(一个或多个)处理器106、存储器108以及模板存储器110的相互作用。
根据各种实施例，(一个或多个)处理器106实现硬件和/或软件来获得描述输入目标的图像的数据。(一个或多个)处理器106也可以对齐两个图像，并将对齐的图像相互比较，以判断是否匹配。(一个或多个)处理器106还可以操作为将一系列较小的部分图像或子图像重组为一个较大的图像，例如在生物处理(如用于验证或识别的注册或匹配处理)期间收集多个部分指纹图像时的指纹图像。
处理系统104包括一个或多个电源114，以向电子设备100提供电力。电源114的非限制性实例包括：单次使用的电源、可再充电电源、和/或从镍镉、锂离子或其他合适的材料研发的电源，以及电源线和/或适配器，其进而连接到电力。
光学传感器102可以被实现为电子系统100的物理部分，或者可以在物理上与电子系统100分离。适当地，光学传感器102可以使用下述任何一个或多个与电子系统100的一部分通信：总线、网络以及其他有线或无线互连。在一些实施例中，光学传感器102被实现为指纹传感器来捕获用户的指纹图像。根据本公开，光学传感器102使用光学传感达到目标成像的目的，包括对诸如指纹等生物特征进行成像。光学传感器102可以例如被合并为显示器的一部分，或者可以是单独的传感器。
电子系统100的一些非限制性实例包括各种尺寸和形状的个人电脑，诸如台式计算机、便携式计算机、上网本、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理(PDA)等。另外的电子系统100实例包括复合输入设备，诸如物理键盘和独立的操作杆或键盘开关。电子系统100的其他实例包括外围设备，诸如数据输入设备(包括遥控器和鼠标)和数据输出设备(包括显示屏和打印机)。其他实例包括远程终端、自助服务终端和视频游戏机(例如，视频游戏控制器、便携式游戏装置等)、通信设备(包括便携式电话，诸如智能电话)以及媒体设备(包括记录仪、编辑器和诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框以及数码相机等的播放器)。
光学传感器102可为传感区提供光照。从传感区的(一个或数个)光照波长的反射被检测到以确定对应于输入对象目标的输入信息。
光学传感器102可以利用直接光照输入目标的原理，输入目标根据配置可能会或可能不会与传感区的传感表面接触。一个或多个光源和/或光导结构可用于将光直射到传感区。当存在输入目标时，该光从输入目标的表面反射，反射可通过光学传感元件检测到并用于确定输入目标的相关信息。
光学传感器102也可以利用内部反射的原理来检测与传感表面接触的输入目标。一个或多个光源可用于以一个角度在光导元件中直射光，在该角度光在传感区的传感表面被内部反射，这是由于在传感表面限定的边界的相反侧存在不同的折射率。输入目标与传感表面的接触引起折射率跨过此边界而变化，从而改变了在传感表面的内部反射特性，引起从输入目标反射的光在与传感表面接触的部分变弱。如果受抑全内反射(FTIR)的原理被用来检测输入目标，则通常可以实现更高反差信号。在这样的实施例中，光可以被全内反射的入射角直射到传感表面，除了输入目标与传感表面接触并引起光部分透射过该界面的情况。这样一个实例是存在手指被引入由玻璃到空气界面限定的输入表面。与空气相比，人体皮肤的折射率较高，引起在传感表面以界面到空气的临界角度入射的光部分透射穿过手指，否则这些光将会在玻璃到空气界面完全内部反射。此光学响应可以被系统检测到并且用于确定空间信息。在一些实施例中，这可用于对小尺度指纹特征成像，其中入射光的内部反射率根据凸脊或凹谷是否与传感表面的该部分接触而不同。
图2示出了电子设备116(如移动电话)的实例，其包括在显示器120之上的盖板玻璃118。通过使用显示器120作为光学传感器对输入目标成像可以实现所公开的方法和系统。选择性地，独立的离散组件122提供光学传感能力。离散传感器与试图在显示基板(如TFT背板)上集成光学传感器组件相比，对于设计传感器的光学组件用以最佳光照和/或信号调节而言，可提供更多的灵活性。
图3示出了对于光学图像传感器器件200的用于对目标216(如指纹)成像的堆叠的实例。传感器200包括图像传感器阵列202、设置在图像传感器阵列202上方的准直器滤光层或光调节层204、设置在准直器滤光层204上方的光照层207、光源208以及盖板层210。在某些实施例中，也可提供阻挡层214。
盖板层210保护传感器200的内部组件，诸如图像传感器阵列202。盖板层210可包括盖板玻璃或盖板透镜，其除了传感器200之外还保护显示器的内部组件。在盖板层210之上限定对于输入目标的传感区域。盖板层210的上表面218可形成传感表面，其提供对输入目标216(例如，指纹)的接触区域。盖板层210由诸如玻璃、透明聚合材料等的任何材料制成。
尽管出于说明目的在指纹的背景下大体描述，但输入目标216是待成像的任何目标。通常，目标216将具有各种特征。举例来说，目标216具有凸脊和凹谷。由于它们的突出性质，凸脊与盖板210层的传感表面218接触。相反，凹谷不与传感表面218接触，反而在输入目标216与传感表面218之间形成气隙。目标216可具有诸如污点、油墨等其他特征，其不会在输入目标216的部分产生显著结构差别，但其会影响它的光学特性。此处公开的方法和系统适用于对输入目标216的这种结构的和非结构特征成像。
光照层207包括光源208和/或光导元件206，其将光照直射到传感区以对输入目标成像。如图3所示，光源208将光束或光线212透射进入光导元件206，并且透射光穿过光导元件206传播。光导元件可以利用全内反射，或可包括向传感区提取光的反射表面。光照层中的一些光可能变成在与输入目标216接触的区域在传感表面218入射。入射光进而朝向准直器滤光层204被反射回。在所示的实例中，光源208设置为相邻于光导元件206。然而，将理解的是，光源208可以位于传感器200内的任何位置，只要所发出的光能到达光导元件206即可。例如，光源208可以设置在图像传感器阵列202的下方。此外，将理解的是，不需要单独的光导元件206。例如，从光源208透射的光可以被直接透射到盖板层210，在这种情况下盖板层210也可作为光导元件。作为另一实例，从光源208透射的光可以被直接透射到传感区，在这种情况下光源208本身作为光照层。
也不需要离散的光源。例如，该方法和系统考虑利用由显示器提供的光或来自LCD的背光作为合适的光源。由光照层207提供来对目标216成像的光可以为近红外光(NIR)或可见光。光可以具有窄带的波长、宽带的波长或在若干个波段操作。
图像传感器阵列202检测穿过准直器滤光层204的光。合适的传感器阵列的实例为互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件(CCD)传感器阵列。传感器阵列202包括能够检测入射光强度的多个单个光学传感元件。
为了实现通过较厚盖板层210的指纹和指纹大小特征的光学传感，由光准直器滤光层204调节从指纹反射的光，使得到达图像传感器阵列202中的传感元件的光仅来自于传感器元件正上方的输入目标216的小光点。在存在这样的调节的情况下，任何从远离光学传感元件的目标上的区域到达传感元件的光均会导致图像模糊。
为了根据本公开调节光，准直器滤光层204设置有一列开孔或准直器孔220，每个开孔在图像传感器阵列202上的一个或多个光学传感元件的正上方。使用任何合适的技术形成开孔220，如激光钻孔、蚀刻等。
准直器滤光层204仅允许从输入目标216(例如，手指)反射的以直角或接近直角入射到准直器滤光层204的光线通过和到达图像传感器阵列的光学传感元件204。在一个实施例中，准直器滤光层204是具有孔阵列220的不透明层。该准直器滤光层204是层叠的、堆叠的或是直接构建在图像传感器阵列202的正上方。举例来讲，准直器滤光层204可由诸如聚碳酸酯等塑料、PET、聚酰亚胺、炭黑、无机绝缘或金属材料、硅或SU-8制成。在某些实施例中，准直器滤光层204是单片的。
在图3中还示出了阻挡层214，其可选地被设置为光学传感器200的一部分。阻挡层214为以设置在准直器滤光层204上方的半透明或不透明的层。举例来说，如图3所示，阻挡层可以设置在盖板层210与光照层207之间。选择性地，阻挡层214可设置在光照层207与准直器滤光层204之间。在任一情况下，阻挡层214在仍然允许传感器200操作的同时，对传感器200的组件(如准直器滤光层中的开孔)遮挡周围的光照。阻挡层214可以包括若干不同的材料或子层。例如，可使用薄的金属或电子导电层，其中层厚度小于在可见光谱中光渗透的皮肤深度。选择性地，阻挡层214可以包括吸收例如可见光谱中的光的染料和/或颜料或几种染料和/或颜料。作为另一种选择，阻挡层214可以包括若干子层或纳米级的特征，其被设计为引起与特定波长(举例来讲如可见光)的干扰，从而选择性地吸收或反射不同波长的光。阻挡层214的光吸收属性可能被制定成给出特定的颜色、质地或反射性质的外观，由此允许与集成光学传感器200的设备的特定审美匹配或形成对比。如果使用可见光照波长，则可使用半透明层来允许足够的光通过阻挡层到达传感区，同时仍然充分遮挡下方的组件。
图4示出了设置在光照层207与图像传感器阵列202之间的准直器滤光层204和传感器200内的光的相互作用的靠近图。盖板层210的部分226与输入目标216的凸脊接触，并且盖板层210的部分228由于目标216的凹谷的存在而与空气接触。图像传感器阵列202包括光学传感元件230、232、234和236，其设置在准直器滤光层204的开孔或孔220的下方。
直观地显示了在盖板层210反射的一系列光线。例如，光线238在被目标216的凸脊或凹谷占据的部分从盖板层210反射。由于光线238在准直器开孔220的上方并且相对接近法线，因此光线238通过准直器波光层204中的开孔220，并且例如入射在光学传感元件232和236上。光学传感元件然后可用于测量光的强度并将所测量的强度转换为输入目标216的图像数据。另一方面，相对于法线具有较大角度的光束240和242在准直器滤光层204的顶面或开孔内的表面(例如，开孔侧壁)撞击准直器滤光层204，并且被阻挡而被阻止到达图像传感器阵列202中的光学传感元件。
准直器滤光层204的度量是开孔或孔220的纵横比。纵横比为准直器滤光层204中的孔的高度(h)244除以孔直径246。纵横比应该足够大，以防止“散射”光到达每个准直器孔正下方的光学传感元件。散射光的实例是从盖板层210(例如，凹谷)的部分228反射的光线242，其在没有准直器滤光层的情况下将到达凸脊下侧的传感元件。较大的纵横比将光接收锥区限制于较小的角度，提高系统的光学分辨率。最小的纵横比可以使用从准直器滤光层204到待成像的目标(例如，手指)的距离除以手指所期望的光学分辨率来估计。在一些实施例中，准直器开孔220为圆柱形或圆锥形。准直器开孔220的侧壁可以包括凹槽或其他结构来防止散射光从侧壁反射而到达光学传感元件。有效的纵横比通过沿着准直器孔的高度的平均孔直径来确定。适当的纵横比的实例为大约3:1到100:1的范围内的比率，更典型地为在约5:1到20:1的范围内的比率。
通常期望将准直器开孔220的高度244制作得尽可能薄，以为制作准直器滤光层204以及将其与底层的图像传感器阵列202(如CMOS或CCD图像传感器)集成提供最大的灵活性。小的开孔直径246可用于保持所需的准直器纵横比。然而，如果开孔过小(小于正使用的光的波长的几倍)，则衍射效应会导致额外的模糊，这是由于从准直器开孔220射出的光线发散。这样的衍射效应可以通过将准直器滤光层204放置得尽可能靠近图像传感器阵列202来减轻，理想地比Fraunhofer远场距离(r^2/λ(lambda)，其中r是开孔半径，λ是光波长)靠近得多。
还通常期望减小准直器滤光层204与图像传感器阵列202之间的距离，以允许到达图像传感器阵列202的光学传感元件的光尽可能地集中。此外，如果该传感器阵列202到准直器滤光层204的距离过大，则来自相邻的孔的散射光可能会到达特定的光学传感元件，导致图像模糊。
如果图像传感器阵列202是CCD或CMOS图像传感器，其中光学传感元件节距(元件之间的距离)可小于准直器开孔节距(孔之间的距离)，则通过单个准直器开孔220的光可能照射一个以上的光学传感元件。这样的布置由图4中的光学传感元件234和236示出。在这种情况下，处理系统(图1)可将对应于给定准直器开孔的所有光学传感元件的光强度组合起来。在处理来自图像传感器阵列202的原始数据之后所得到的指纹图像可具有对应于准直器开孔阵列的分辨率。需要注意的是，准直器滤光层204中的开孔220的布置可能会导致传感器阵列202中的一些光学传感元件未被使用。未使用的光学传感元件的实例是传感元件240。由于光学传感元件240不在准直器孔的下方，因此反射的光线将在到达光学传感元件240之前被阻挡。图像处理可以去除未使用的传感器元件并且例如在图像重建或图像匹配中使用数据之前对图像适当地缩放。
光学传感器200的成像分辨率(dpi)由准直器滤光层204中的开孔220的分辨率定义而节距是每个开孔之间的距离。在光学传感器200中，准直器滤光层204中的每个开孔220对应于正被成像的目标216的特征的样本，诸如来自指纹内的凸脊或凹谷的样本。为了最大限度地提高分辨率，采样密度(其等于开孔密度)应该足够大，使得对每个感兴趣的特征采取多个样本。这样，例如，为了对指纹中的凸脊成像，节距可以是从50到100微米的量级，这是因为凸脊本身的节距为150至250微米的量级。如果期望捕获更多的颗粒特征(如指纹中的毛孔)，则诸如25微米的更小的节距将是适当的。相反，较大的节距可以用来捕获输入目标的较大特征。
光学传感器200在准直器滤光层204与传感表面220之间的宽范围距离上表现相似，这是因为反射光的过滤通常与厚度无关，只要准直器滤光层204中的孔的纵横比被选择为支持所期望的光学分辨率即可。
图5示出了准直器滤光层204的选择性实施例。如上所述，准直器滤光层204由吸光材料制成，并且包括开孔220的阵列。在所示的选择性实施例中，准直器滤光层204的顶面还包括反射层250。反射层250允许通常被准直器滤光层204吸收的光束被朝向传感区向上反射回。将光重新射回传感区允许反射光被重复利用，从而一些重复利用的光可以从待成像的输入目标反射并且透射过准直器滤光层开孔。
包含反射层250通过将散射光反射回到输入目标216最大限度地减少了光损耗，而在整体传感器封装内不需要高级别的照明。吸光准直器滤光层体的顶部可使用各种变形技术来粗糙化，所述变形技术包括但不限于：喷砂、涂覆填料、紫外压印或干法刻蚀。这种粗糙化的顶部然后可被薄层金属覆盖，其形成以随机的方式多面化的表面。反射层250可以由将反射光的任何合适的材料制成，命名几个实例，诸如铝、铬和银。
所公开的方法和系统考虑了各种方法将准直器滤光层204包括在光学传感器200的整体结构中。例如，准直器滤光层204可以是被叠加或层叠到图像传感器阵列202上的预先图案化的结构，如图3-4中大体描述的那样。本公开考虑了备选实施例。例如，一个选择性实施例是直接在CMOS图像传感器晶圆或晶片上将准直器滤光层204形成图案或形成准直器滤光层204，大体如图5所示。例如，晶片级的准直器层可以通过微制造形成。取代将单独的准直器滤光层204放置在图像传感器阵列202的顶部，而是对CMOS图像传感器阵列制作添加后端处理。根据这种技术，不需要单独制造准直器滤光层。在CMOS图像传感器阵列的顶部，首先可涂覆具有诸如炭黑等吸光染料的液体型聚合树脂，然后可固化以形成准直器滤光层体。在将聚合树脂固化之后，可选地将金属溅射到固化的树脂顶部以作为反射层。可以通过对金属和底下的聚合物层依次进行光刻和蚀刻以形成开孔来形成开孔图案。最后一步，金属层可以被粗糙化以形成反射/散射层。
在另一实施例中，用光学干涉滤光器代替或补充准直器滤光层204，该光学干涉滤光器阻挡对于成像面的法线相对较远的入射角的入“散射(stray)”光。可以使用多层光学滤光器，其透过几乎接近法线入射的光，使得滤光器可以构造为仅通过特定波长的光。虽然这样的角度特定的滤光器可以被设计为针对特定的光波长工作，但这样的干扰滤光器可以用来拒绝来自相邻凸脊和凹谷的散射光。
准直器滤光层204也可以是在顶部和底部具有圆形开口的玻璃准直器滤光器。这种类型的准直器滤光层使用双面对准技术制成，其形成对准的顶部和底部开口，但没有贯穿玻璃体的物理中空孔。准直器滤光层的顶面可以被纹理化为用于光进入的漫射器，而底面可以是通过将光反射回到透明的玻璃体的重复利用的金属质。优点之一是，这种方法使得层压更简单，因为没有物理中空孔。根据此玻璃准直器滤光层，盖板玻璃、光导膜以及玻璃滤光器可以用现成的层压设备来层压。
在一些实施例中，可以使用具有钻孔的不透明的玻璃准直器滤光器。这类似于先前描述的准直器滤光膜。制造方法可以是相同的，除了主体是玻璃的事实以外。基于所要求的dpi确定开孔密度。
图6示出了根据本公开的成像方法600。
在步骤602中，使用具有光源和/或光导元件的光照层照射传感区。如前面所述，这可通过使用将光射向单独的光导元件的光源或通过直接将光透射到盖板层中来实现。所透射的光被射向盖板层上方的传感区，并从该目标朝向光准直器层反射。
在步骤604中，一些反射光在准直器滤光层被阻挡，而其他光通过准直器滤光层中的开孔。一般情况下，相对接近法线入射到准直器滤光层的光线将通过开孔，而远离法线入射的光线将被阻挡。光可被准直器层的表面、准直器的中间层、准直器的底层或准直器开孔的侧壁阻挡。
在步骤606中，通过准直器滤光层的光入射到光准直器层下方的传感器阵列上的一个或多个光学传感元件上。在多于一个传感元件位于准直器滤光层中的特定开孔下方的情况下，在传感元件检测到的光可以被平均或以其他方式组合。图像数据可以被调整为计及(account for)未处于开孔下方的传感元件。
在步骤608中，在图像传感器阵列检测到的光被处理以形成输入目标的图像或部分图像。这样的处理可包括，例如，将部分图像拼接在一起、在模板中将各种部分图像相互关联、和/或将捕获的图像数据与作为识别或验证处理的一部分先前存储的图像数据比较。
虽然本发明描述了在指纹图像传感的上下文中的光学目标成像，但所述方法和系统可用于对任何目标成像。例如，可通过将手直接放置在盖板层上获得手掌或手的高分辨率图像。非生物特征的成像也处于本公开的范围内。
文中引用的所有参考文献，包括公布文本、专利申请以及专利，在此以如同每个参考文献被单独且具体地指示被引用并入且全文阐述的相同程度通过引用的方式并入本文。
在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)使用术语“一”和“一个”以及“所述”、“至少一个”以及类似的指称将被解释为既包括单数又包括复数，除非文中另有说明或上下文明确规定。使用术语“至少一个”后面接着一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)将被解释为意味着从所列项目中选择一项(A或B)或两种或更多种所列项目的任何组合(A和B)，除非文中另有说明或上下文明确规定。术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”将被解释为开放式术语(即，意思是“包括，但不限于”)，除非另有说明。文中的数值范围的叙述仅仅意在用作为单独参考落入该范围的每个单独数值的便捷方法，除非另有说明，并且每个单独数值如同其在文中被单独引用一样被并入说明书。
可以任何适当的顺序执行文中所述的所有方法，除非文中另有说明或上下文明确规定。使用任何和所有实例或文中提供的示例性语言(例如，“诸如”)，只不过是为了更好地说明本发明，并不会对本发明的范围构成限制，除非另有说明。在说明书中没有任何语言应该被解释为指示任何非要求权利的元件作为本发明实践的基本要素。
文中描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的实施本发明的最佳方式。在阅读前述说明时，这些优选实施例的变型对于本领域技术人员而言会变得显而易见。发明人期望技术人员根据需要适当地使用这些变型，并且发明人打算以并非文中具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明在适用法律允许的情况下包括在所附权利要求中叙述的技术主题的所有变型和等同物。此外，本发明涵盖了上述元件的所有可能变型的任何组合，除非文中另有说明或上下文明确规定。

Claims (16)

1.一种光学指纹传感器，包括：
图像传感器阵列；
准直器滤光层，其设置在所述图像传感器阵列上方，所述准直器滤光层具有开孔阵列，其中所述开孔阵列设置成接收来自光源的光用于指纹成像，并且其中，所述开孔阵列中的开孔的侧壁包括结构体以防止光从所述侧壁反射并到达所述图像传感器阵列；其中，所述结构体包括凹槽，以用于防止散射光从侧壁反射而到达所述图像传感器阵列中的光学传感元件；以及
反射层，其设置在所述准直器滤光层的顶表面，其中所述反射层配置成将光反射并导向感测表面。
2.如权利要求1所述的光学指纹传感器，其中所述图像传感器阵列和所述准直器滤光层形成在半导体晶片中。
3.如权利要求1所述的光学指纹传感器，其中所述准直器滤光层包括固化的聚合物。
4.如权利要求1所述的光学指纹传感器，还包括一阻挡层，其设置在所述准直器滤光层上方，所述阻挡层配置成允许非可见光透过并且阻挡可见光的透过。
5.如权利要求4所述的光学指纹传感器，其中所述阻挡层包括电子导电层。
6.如权利要求4所述的光学指纹传感器，其中所述阻挡层包括半透明层。
7.如权利要求1所述的光学指纹传感器，其中所述反射层包括多面化的表面。
8.如权利要求7所述的光学指纹传感器，其中所述多面化的表面被金属化。
9.一种光学指纹传感器，包括：
准直层，包括多个开孔和顶表面，其中所述多个开孔配置成阻挡源自于光源的光的第一部分并透射所述光的第二部分，并且其中所述顶表面配置成将所述光的第三部分向感测区反射；以及
图像传感器层，设置在所述准直层下方，所述图像传感器层包括光学传感器元件阵列，所述光学传感器元件阵列布置成接收穿过所述多个开孔中的一个开孔而透射的所述光的第二部分；
其中，所述准直层的多个开孔中的所述开孔的侧壁包括结构体，以防止光从所述侧壁反射并到达所述图像传感器层；其中，所述结构体包括凹槽，以用于防止散射光从侧壁反射而到达所述图像传感器阵列中的光学传感元件。
10.如权利要求9所述的光学指纹传感器，其中所述图像传感器层和所述准直层形成在半导体晶片中。
11.如权利要求9所述的光学指纹传感器，其中所述准直层包括固化的聚合物。
12.如权利要求9所述的光学指纹传感器，还包括一阻挡层，其设置在所述准直层上方，其中所述阻挡层配置成至少部分地允许第一波长的光的透射并至少部分地阻挡第二波长的光的透射。
13.如权利要求12所述的光学指纹传感器，其中所述阻挡层是半透明的。
14.如权利要求12所述的光学指纹传感器，其中所述阻挡层包括电子导电层。
15.如权利要求9所述的光学指纹传感器，其中所述顶表面包括多面化的表面。
16.如权利要求15所述的光学指纹传感器，其中所述多面化的表面被金属化。
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