CN112867954A - 用于光学直接记录用于移动应用的皮肤印纹的设备 - Google Patents

Abstract

一种根据FBI标准的用于个人身份识别的皮肤印纹的直接光学记录的设备，其具有位于放置表面(11)正下方的显示器(17)和位于显示器(17)下方的光导层(141)。光导层(141)包括在窄侧处借助于LED(142)的光输入耦合以及在该表面中光输出耦合结构(144)；借助于光输出耦合结构(144)的倾斜角ε并且借助于相邻各层之间的折射率差，以限定的角度朝放置表面(11)的方向执行从光导层(141)的光的定向耦合输出，从而造成在放置表面(11)处的全内反射(TIR)。显示器(17)的透明度是从光导层(141)耦合输出的光的至少1％。在显示器(17)和光导层(141)之间设置有第一粘附层(15)，在光导层(141)和传感器层(13)之间设置有第二粘附层(16)，第一和第二粘附层(15、16)的折射率比光导层(141)、显示器(17)和传感器层(13)的折射率低至少1％至30％。

Description

用于光学直接记录用于移动应用的皮肤印纹的设备

技术领域

本发明涉及一种用于移动应用的皮肤印纹的直接光学记录设备，特别是用于借助于诸如平板电脑、移动电话(智能手机)等移动电子装置来记录多个指纹或手印的乳突线的设备。

背景技术

一方面，存在用于验证生物特征的系统，其中必须与存储的特征匹配，以便例如允许对某些限制区域的访问控制。

其他系统可通过与比较数据库进行匹配来进行身份识别，例如，护照和签证的签发、在边境管制处(尤其是在机场)的个人身份验证、或用于警察记录识别。在后者的系统中，关于皮肤印纹的原始记录图像的质量、分辨率和保真度的要求非常广泛。

例如，在很大程度上要归功于负责识别措施的组织(例如联邦调查局(FBI))的高要求，这些系统具有很高的标准化程度，一方面以确保在最大可能的确定性上进行识别，另一方面以允许在使用各种系统记录的数据集之间进行比较。

需要高质量的系统设计才能满足这些要求标准。例如，在光学系统中，这意味着不仅必须通过一个或更多个记录传感器来满足要求，而且还必须通过照明和成像所需的所有其他组件来满足要求，尤其是要同时记录较大的皮肤表面，即多个手指(例如，整个手)时。

当前，使用各种系统来捕获在质量方面满足上述高要求的指纹和手印。

一方面，使用电容性半透明TFT传感器，其中可以借助于传感器下方的显示器来实现用户指导。但是，不可能读取与安全性相关的对象，例如护照、驾驶执照、票证、登机牌等，因此将需要单独的装置或至少附加的光学传感器层。但是，这将增加装备成本。

另一方面，实现了对皮肤印纹的直接光学扫描并且通过使用光学半透明TFT传感器将放置表面下方的视觉用户指导的优点与文件的光学记录相结合的布置正在涌现至市场。为此，根据DE 102015115484 B3已知一种将显示器放置在光学传感器下方的系统。当显示器同时用作照明或使用背光时，覆盖的对象会被漫照亮，即被无方向地照亮。从对象反向散射的光随后被传感器的光敏元件检测到。由于分辨率和对比度随着传感器和放置表面之间的距离增加而迅速减小，因此放置表面和光敏元件之间的终止层的厚度被限制为几微米。

然而，还已知各种解决方案，其允许或需要更大厚度的终止层，同时保持相同的图像质量。

为此，一方面，如根据US 2018/0121701 A1(WO 2017/118030 A1)以各种布置已知的，可以对背光的照明光进行准直。然而，已经证明不利的是，必须在照明和放置表面之间集成附加的光学元件，以实现所需的光整形。该附加层总体上增加了设备的厚度，价格昂贵并且生产复杂。

类似地，根据US 2018/0165497 A1已知，可以包括指纹传感器的光学图像传感器被嵌入在平板显示器中。该构造包括具有显示区域和非显示区域的显示屏以及在长度和宽度上与显示屏相对应并邻接显示屏的导光装置，该导光装置由连接到低折射粘合层的两个盖板形成。光耦合在平板屏幕的显示层的外部，并且光束通过显示层下方的光折射层以70°至75°之间的角度耦合到底盖板中，并进一步传导在该底盖板上进行全反射。根据全内反射(TIR)原理，该全反射光的一部分以较小的角度耦合到光折射层的顶盖板中，并在显示器的方向上在外部空气边界处返回，它可以透射通过低折射层，也可以无反射地通过底盖板。由于显示器是AMOLED(有源矩阵有机发光二极管)，因此它也可用作传感器层。可以通过这种方式检测指纹。通过使用红外光，也可以检测静脉。

缺点在于经由衍射光栅的光的点状横向耦合，这需要激光源以将必要的光强度耦合到光导中。因此，光导中的照明仅在三角形表面区域内进行，并且随着距源点的距离增加，强度会发生已知的指数下降。此外，例如，在US 2018/0128957 A1(康宁公司(CorningIncorporated))中描述的，作为用于满足FBI标准的指纹的高质量记录的照明，经由常规散射中心从光导发出的光的耦合受到限制，因为对于TIR原理，照明光线的比例很小。此外，证明了将光导布置在显示器上方的缺点，因为这降低了显示器的图像质量或显示质量，因为光导位于下平面中并且因此更远离显示表面。除此之外，由于用于光输出耦合的散射中心，光导也总是具有雾度，从而进一步降低了显示器再现的质量。

发明内容

本发明的目的是发现一种新颖的可能性，以在电子移动装置中直接光学记录人类肢身的皮肤印纹，该电子移动装置针对根据FBI标准对个人识别的高要求，并且允许显示层用于显示图片或视频，并允许显示层用于在放置表面正下方提供用户指导，尤其是在不降低指纹空间分辨率的情况下。

一种用于皮肤印纹的直接光学记录的设备，该设备具有层体，该层体包括由层体的终止层形成的放置表面以及显示器和传感器层的组合，其中该传感器层具有布置在传感器栅格中的光敏元件。因为在显示器下方布置光源单元，其中，该光源单元形成为光导层并且借助于窄侧处的LED具有耦合输入的光；因为光导层具有光输出耦合结构，基于光输出耦合结构的倾斜角并且基于光导层的相邻各层之间的折射率差，该光输出耦合结构允许以限定的角度朝终止层方向从光导层定向耦合输出光，在经过所有层到达终止层后，在空气界面处的放置表面处会产生全内反射(TIR)，并且具有≤±15°的小发散角范围，以实现要记录的皮肤印纹的高空间分辨率；因为显示器具有朝放置表面的方向从光导层耦合输出的光的至少有1％的限定的透明度；因为在显示器和光导层之间存在第一粘附层以及在光导层和传感器层之间存在第二粘附层，其中第一粘附层和第二粘附层具有相同的大小的折射率，该相同的大小的折射率比光导层、显示器和传感器层的折射率低至少1％至30％，光导层、显示器和传感器层的折射率在1.45至2.0之间；所以可以根据本发明来实现上述目的。

LED光输入耦合有利地具有在光导层的窄侧处的预准直光学器件，该预准直光学器件被布置在LED的下游，并且在每种情况下，利用该准直光学器件在耦合到光导层的光束中调节2.5°至30°之间的水平发散度，以便实现要记录的皮肤印纹的改进的分辨率。预准直光学器件适当地是折射光学元件，优选地是结合在光导层的窄侧处的凸透镜或GRIN透镜，或者是在光导层内部以凹透镜的形式由折射率比光导层低的介质形成的折射光学元件。

在优选的配置中，沿着光导层的窄侧布置具有预准直光学器件的多个紧密相邻的LED，使得在放置表面上存在读出区，在该读出区中，LED的光束既不在水平方向上也不在垂直方向上重叠，并且在该读出区中，可以以高空间分辨率记录皮肤印纹；此外，存在中间区，在该中间区中没有关于皮肤印纹的信息。在这方面，放置表面的身份验证区有利地具有>50％的百分比的高密度的读出区，并且身份验证区被配置为用高空间分辨率几乎无间隙地记录皮肤印纹以用于身份验证应用(主页按钮)。此外，放置表面的另一个区最好具有低密度的读取区，并具有>50％的百分比的中间区，因此被配置为用高空间(垂直和水平)分辨率记录具有间隙的皮肤印纹，从而用于与安全性低相关的应用和手指手势的捕获。

在另一种有利的构造中，在窄侧处布置有利用至少一个LED的角光输入耦合，该角光输入耦合通过切割光导层的至少一个角来实现，并且耦合到光导层中的发散光束的强度下降由光输出耦合结构的增加的填充因子来补偿。有利地，在LED和光导层之间布置有漫射器，以使耦合输入的光在所有立体角中均匀分布，使得光输出结构不需要补偿在与切角相邻的光导层的边缘区域处的光的减少。

在另一个有利的构造中，在透明光导层下方布置有另一光导层，该另一光导层通过另一粘附层连接到其上的透明光导层，像在第一粘附层和第二粘附层中一样选择低的折射率。

光导层和另一光导层宜在层体的相对的窄侧上具有光输入耦合。如果利用先前使用过的光导层暴露的皮肤印纹太差(缺陷间隙、像素、湿手指、干手指等)，这对于落回到另一光导层上很重要。因此，可以记录相对于第一图像偏移的第二图像，该第二图像也可能以不同的波长/角度记录。在此，另一光导层宜以相同的方式朝放置面的方向耦合输出。这对于系统的效率尤其是对于ToS移动电话的效率很重要，因为OLED的透明度非常低。两个光导层以准平行的方式操作，但是光在不同的位置(区1和区2)耦合输出。因此，较高的光强度可能会用于覆盖的对象的照明。具有用于确定区的照明的相应的LED阵列的另一光导是可能的。

另一方面，还建议光导层和另一光导层在光导层的区中具有相对于彼此水平偏移的光输出耦合结构，以提高光输出耦合的效率，同时具有良好的均匀性。

在特别优选的构造中，在部分透明的显示器中设置了光敏元件，这些光敏元件被布置在限定的栅格中并结合在显示器内部的发光元件层中。

在第一变型中，一种用于使用根据权利要求12的设备来直接光学记录皮肤印纹的方法，该设备具有层体，该层体包括放置表面以及显示器和传感器层的组合，该放置表面由层体的终止层形成；其中传感器层具有布置在传感器栅格中的光敏元件，该层体在显示器下方具有光源，该光源包括与粘附层耦合的光导层，并且在光导层下方安装有另一光导层，该光导层通过另一粘附层与另一光导层连接，该另一粘附层具有与第一粘附层相同的选定的低折射率，该方法具有以下步骤：

-在记录期间，至少在放置的皮肤印纹的区中关闭显示器，以便与显示器的无向发光相比，增加光导层的定向照明光的相对比例，

–在光导层的照明下记录第一图像并将其存储在图像存储器中，

-分析第一图像，以确定是否满足限定的质量标准，

-当第一图像不满足质量标准时，在另一光导层的照明下记录第二图像，

-分析第二图像以确定是否满足质量标准，其中

–当第二张图像满足质量标准时，将图像存储器中的第一图像替换为第二图像，或者

-当第二图像不满足质量标准时，将存储的第一图像以限定的已知偏移量叠加在第二图像上，并存储高分辨率的融合图像。

但是，当在第一图像满足质量标准时，也可能会记录第二图像，以便

-通过合并两个图像来提高图像质量，或者

-通过结合两个图像，同时考虑到传感器层的光敏元件的间距的一半的限定调节的偏移量，来实现比传感器层实际拥有的更高的分辨率，以用于高质量记录。

还可以想到具有光输出耦合结构的不同倾斜角的多个光导层，以用于调节限定的偏移量。

在另一种变型中，一种使用根据权利要求12的设备来直接光学记录皮肤印纹和文件的方法，该设备具有层体，该层体包括放置表面以及显示器和传感器层的组合，该放置表面由层体的终止层形成；其中传感器层具有布置在传感器栅格中的光敏元件，该层体在显示器下方具有光源，该光源包括与第一粘附层耦合的光导层，并且在光导层下方，通过第二粘附层连接另一光导层，其中第二粘附层的折射率被选择为与第一粘附层一样低，该方法具有以下步骤：

-在记录第一图像期间，至少在放置的皮肤印纹的区中关闭显示器，以便与显示器的无向发光相比，增加光导层的定向照明光的相对比例，

-通过在显示器的终止层中以适合于TIR的照明角β的光进行照明来记录第一图像，这是由于光导层以衍射角γ耦合输出而产生的，并将第一图像存储在图像存储器中作为放置的皮肤印纹的图像，

-通过利用显示器进行照明来记录第二图像，以用于记录文件，并将第二图像存储为放置的文件的图像。

本发明基于以下基本考虑：当将指纹记录的功能和用于放置表面中的用户指导的显示功能组合在一台装置中时，此外，该装置还应可能实现文件记录时，皮肤印纹的光强度通常变得不足，显示层的显示质量下降，或者记录的分辨率和对比度不再满足目标FBI标准。由于位于顶部的显示器导致要记录的皮肤印纹与传感器层基本远离，这进一步加剧了对比度和分辨率的降低，这使情况进一步恶化。本发明解决了这些问题，因为在显示器下方设置了光导层，并且借助于LED在光导层的窄侧执行光的耦合输入，并且光导层还设有光输出耦合结构，基于光输出耦合结构的倾斜角并基于光导层的相邻各层直到在显示器上侧的放置表面之间的折射率差，光输出耦合结构允许以限定角度的定向耦合输出光，这导致在空气界面处的放置表面处的TIR具有≤±15°的小的发散角范围，以实现要记录的皮肤印纹的高空间分辨率。

可以通过粘附层和相邻各层的折射率选择性地改善光的输出耦合，该折射率适合于光导层。除此之外，对于传感器层的每个传感器元件，附加的光阑层和电子快门控制的应用还可以进一步改善皮肤印纹的质量。而且，可以在显示器的照明下记录文件。

本发明使得可以借助于面向FBI标准的高质量的移动电子装置来记录人类肢身的皮肤印纹，并且此外还可以借助于放置表面下方并且在传感器平面上方的显示器来显示信息以供用户指导等，而不会导致皮肤印纹图像的空间分辨率下降。

附图说明

下面将参考实施例示例更全面地描述本发明。图纸示出了：

图1示出了根据本发明的设备的基本构造，其具有层体，该层体包括具有用于要记录对象的放置表面的显示器、传感器层以及作为光源的光导层；

图2a示出了在光导层的下侧具有特殊的光输出耦合结构的层体的截面，用于耦合输出以全反射角到达放置表面的光束；

图2b示出了在光导层的上表面具有特殊光输出耦合结构的层体的截面，用于耦合输出以全反射角到达放置表面的光束；

图2c示出了根据图2b中的构造的层体的两个截面的俯视图，其具有楔形光输出耦合结构，楔形光输出耦合结构示出了以讲台形方式从LED的方向递增的矩形或梯形表面；

图3a示出了根据图2a的构造的层体的截面，其具有放大的楔形光输出耦合结构，并且描绘了代表性光束，该代表性光束在该结构处朝着显示器的放置表面耦合输出并以全反射角到达放置表面；

图3b示出了基于图3a的图，其描绘了在光导层中被引导的光的光导角相对于楔形结构的倾角，以示出由于不同的折射行为而引起的通过层体的界面的光束行进的依赖性，如状态图所示；

图4示出了用于将光耦合到根据本发明的设备的光导层中的几种有利的实施方式，其中：(a)在光导层的窄侧耦合了未准直的LED，其中每个物点生成多个图像点，(b)由制造商预准直的LED直接照射在光导层的窄侧，(c)在光导层的窄侧耦合了具有中间预准直光学器件的LED，(d)LED经由嵌入在光导层中的预准直光学器件照射在光导层的窄侧，以及(e)不同波长的LED交替布置在光导层的窄侧以改变光谱照明；

图5a以俯视图示出了本发明的用于在层体中记录高分辨率皮肤印纹的优选实施方式，其中形成光导层的光输出耦合结构，使得仅用于皮肤印纹的照明的光输出耦合结构的光束的照明光撞击在放置表面的每个点上；

图5b以侧视图示出了根据图5a的实施方式中用于记录高分辨率皮肤印纹的本发明的优选实施方式；

图6示出了将光耦合到根据本发明的设备的光导层中的几种有利的实施方式，其中：(a)在光导层的切角处，利用未准直的LED实现了角照明，其中，每个物点(沿水平方向)都恰好生成一个图像点；(b)两个LED与光导层的切角之间布置有漫射器；(c)在光导层的切角处具有未准直的LED，其中，光导层的切角具有输入耦合表面，该输入耦合表面为以适应的方式弯曲；

图7示出了根据本发明的设备的一种特殊的实施方式，其中在传感器层上方和在布置在两个光导层上方的显示器的下方，两个光导层中的一个直接设置在另一个之上；

图8示出了本发明的特别有利的实施方式，其中用于减少传感器层的一个和同一光敏元件上的多个光源位置的光入射的附加光阑层和用于抑制干涉光的光谱滤光层设置在传感器元件上方；以及

图9示出了根据本发明的设备的特定实施方式，其中光敏元件直接嵌入显示层中。

具体实施方式

如图1所示，在基本构造中，根据本发明的设备包括层体1，从用于要记录的对象(手指2或文件3)的放置表面11开始，该层体1包括显示器17、平面光源单元14和传感器层13；平面光源单元14在其下方形成为光导层141，在该光导层141的至少一个窄侧上安装有一个或更多个LED 142，作为用于耦合已被或多或少地预准直并且位于平面光源单元14下方的光的光源；该传感器层13具有光敏传感器元件131。在层体1的显示器17和光导层141之间布置第一粘附层15，优选作为粘合层；在光导层141和传感器层13之间优选地以粘合层的形式布置第二粘附层16。第一粘附层15的折射率比光导层141的折射率低至少1％且至多30％，其中光导层141的折射率在1.45至2.0之间，并且第二粘附层16的折射率与第一粘附层15的折射率的大小完全相同。

显示器17被构造成多层作为常规显示元件，并且包括终止层171、基材172和作为实际功能层的发光元件层173。显示器17的上侧与终止层171一起形成用于要记录皮肤印纹21或文件3的放置表面11。放置表面11同时形成为利用根据本发明的集成设备的电子移动装置的用户的交互表面。可以借助于显示器17将文本、图片或视频形式的信息显示给用户，并且用户可以经由传感器层13与该装置交互以记录皮肤印纹21。

显示器17包括在发光元件层173中以栅格形状布置的发光显示像素。显示器17可以是例如OELD、LCD或QLED。另外，显示器17可以形成为触摸屏，并且显示器17包括诸如在移动电子装置中通常使用的电容式或电阻式触摸传感器(未示出)。另外，显示器17对于来自光导层141的至少一些照明光是透明的，并且具有至少1％、优选地10％的透明度。显示器的厚度可以在100μm至10,000μm之间。显示器优选具有500μm至2000μm的厚度，以便足够薄以用于记录具有良好分辨率的皮肤印纹，并且足够厚以用于易管理的机械稳定性。

光学透明的并且对来自光导层141的至少一些照明光也透明的第一粘附层15位于显示器17的下方。这可以是光学透明的双面胶带(OCA)或已通过例如热或紫外线辐射固化的液体粘合剂(LOCA)的物质。这些粘合剂例如可以是硅树脂、丙烯酸酯或环氧树脂。

位于第一粘附层15下方的是用于照亮位于放置表面11上的皮肤印纹21的光导层141。照明光借助于LED 142在光导层141的窄侧耦合。特殊的光输出耦合结构144(在图2a至图2c中示出)用于将照明光耦合输出光导层141。这些光输出耦合结构144确保照明光在光导层141内部经历角度变化，随后在显示器17或放置表面11的方向上以限定的角谱(输出角γ；γ')从光导层141中耦合输出照明光，并照亮覆盖的皮肤印纹21。聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃或折射率n≈1.5的其他光学透明材料用作光导层141。然而，折射率在1.45和2.0之间的其他材料也可以用作光导层141。通过光导层141与第一粘附层15和第二粘附层16之间的折射率差来实现在没有光输出耦合结构144的情况下在光导层141上的位置处的导光效果；第二粘附层16产生与传感器层13的连接。

第二粘附层16具有与第一粘附层15相同或相似的光学特性。为了通过全内反射(TIR)实现导光效果，第一粘附层15和第二粘附层16具有比光导层141更低的折射率。为此，两个粘附层15、16具有比光导层141的折射率低至少1％、至多30％的折射率。折射率的差优选在5％至10％之间，以使效率足够高并且一方面在光导层141中传导足够的光，另一方面使得所选择的传导角谱不太大并且以实现传导光束147的低垂直发散，以便于要记录的皮肤区域21的良好分辨率。

布置在第二粘附层16下方的传感器层13具有光敏元件131，光敏元件131根据检测到的光强度以100ppi至1000ppi的分辨率布置在栅格中，传感器层13传递电信号，该电信号被转换为灰度图像。传感器层13的光敏元件131是对于所确定的光的光谱区具有限定的灵敏度的光电二极管。在优选的实施方式中，光敏元件131的灵敏度在光谱上与光导层141的发射的照明光匹配，以便增加信噪比(SNR)。

在另一实施方式中，传感器层13的光敏元件131具有用于控制曝光时间的电子控制单元(未示出)，电子控制单元例如为滚动快门或全局快门，如在US 2017/0085813 A1中公开的那样。这使得曝光时间以及相应的光敏元件131的积分时间可以适应显示器17和环境光(仅在图8中示出的干涉光4)的各种亮度。该曝光时间根据用户使用本发明的设备的境况或根据不同的环境光条件而变化。由于该电子快门控制，在记录皮肤印纹21期间显示器17的关闭不是强制性的，但是仍然可以记录高对比度的皮肤印纹21。

根据受抑全内反射(FTIR)的原理进行位于放置表面11上的皮肤印纹21的记录。为此，具有限定的角谱的照明光从光导层141中耦合输出。照明光的至少一部分分量透射通过部分透明的显示器17，随后到达由显示器17的上侧形成的放置表面11。为此，照明光具有限定的角谱，该限定的角谱在(以照明角β、β')经过所有层到达放置面11之后，在向空气的过渡中导致全内反射(TIR))。这意味着移动电子装置的用户没有感知到可能会淹没显示器17的发光元件层173的光的附加照明光。

皮肤印纹21包括交替的皮肤凹处和皮肤凸起处。由于显示器17的终止层171和皮肤凸起处之间的折射率相似，因此放置表面11处的全内反射在覆盖的皮肤凸起处受阻。照明光的分量被散射并耦合输出到覆盖的皮肤区域21中。从终止层171到皮肤凹处的空气存在很大差异，因此照明光被全内反射所反射。在放置表面11上反射的照明光再次透射通过显示器17、第一粘附层15、光导层141和第二粘附层16，然后被光敏元件131在传感器层13处检测到。因此，可以基于在皮肤凸起处发生的受抑全内反射来确定皮肤凸起处与皮肤凹处之间的对比度，因为来自皮肤凸起处区域的可检测光强度小于来自皮肤凹处的可检测光强度。折射率在1.48至1.8之间的玻璃、钢化玻璃或蓝宝石通常用作终止层171。终止层171的折射率越高，在空气界面(放置表面11)处经历全反射的照明角β(或β'，仅在图2a中显示)越小。

基于受抑全内反射原理的图像捕获的优点在于，它使用了定向照明光，该定向照明光在撞击到放置表面11后在传感器层13的方向上进一步反射。这允许在大的距离或大的层厚度上也可以捕获良好分辨率的皮肤印纹21。以照明角β从光导层141耦合输出的光的发散越小，分辨率越好，或者在分辨率保持不变的情况下，传感器层13和放置表面11之间的选定距离可以越大，因为减少了皮肤印纹21的信息的强信号扩散。为了获得要记录的皮肤印纹21的高空间分辨率，使用具有小于±15°的小的发散角范围的照明光。照明光在水平方向和垂直方向上的发散受到限制。

应当提及的是，当粘附层15和16的厚度接近所利用的光波长的大小时，将稍微偏离光导层141的折射率的粘附层15和16的上述限定的折射率变得不那么重要。在这种特定情况下，将上述光折射和全反射规则应用于后续层的折射率，因为随后光不会感测非常薄的粘附层15和16。

由于光导特性，由一个或更多个LED 142发射的光以导光角α透射到光导层141中。由于下面将详细描述的光导层141的光输出耦合结构144，以导光角α在光导层141中传播的光的分量以限定的角度在空间上受限的光输出耦合结构144处被耦合输出，使得在经过层体1的所有层直到到达显示器17的终止层171的放置表面11之后，调节照明角β以实现向空气过渡时的全内反射(TIR)，并且光输出耦合结构144允许以≤±15°的小发散角范围耦合输出光束，以实现要记录的皮肤印纹21的高空间分辨率。

可以在终止层171上放置一个或更多个手指2，可能还放置整个手(未示出)或文件3，尤其是ID文件(护照、驾驶执照等)以及信用卡、登机牌和其他个人身份证明文件，终止层171宜为要记录的物体提供放置表面11。虽然通过设置在光导层141的界面处的光输出耦合结构144以限定的角度耦合输出光分量以捕获皮肤印纹21，但是显示器17的发光元件层173可以用于文件3的照明。

图2a以侧视图示出了层体1的一种实施方式，其具有光导层141的放大图，其中，例如，在光导层141的下侧示出了具有倾斜角ε的多个光输出耦合结构144。当以导光角α在光导层141中引导的光以倾斜角ε撞击到光出耦合结构144上时，这导致相对于光出耦合结构144的垂直方向的反射角φ，其中φ＝α–ε。由于其角度变化，在光输出耦合结构144上反射的光束现在不再能够在第一粘附层15处经历全反射，而是经过第一粘附层15和位于第一粘附层15上方的显示器17。取决于通常在显示器17中的外层(图2a中未示出)的折射率，在光输出耦合结构144上反射的光束具有作为撞击在放置表面11上的照明光的照明角β，通过照明角β使照明光在放置表面11(空气界面)处经历全反射，并且照明角β使得可以根据受抑全内反射(FTIR或简称为TIR)原理来记录皮肤印纹21。在这方面，只要照明角β'导致在放置表面11处的全反射，可以将照明角β在确定的角谱中修改为照明角β'，其中设置了具有不同的倾斜角ε'的光输出耦合结构144，并且相应地以不同的反射角φ'耦合输出光束。将参考图7和图8以更大的长度讨论在光源单元14内使用具有不同的倾斜角ε的光输出耦合结构144的可能性。

图2b以侧视图示出了层体1的另一实施方式，其具有光导层141的放大图。在该示例中，在光导层141的上侧设置有多个光输出耦合结构144。光输出耦合结构144以如下方式形成：当撞击到光输出耦合结构144上时，在光导层141中引导的光沿显示器17的方向第一次以限定的折射角γ在与位于光导层141上方的第一粘附层15的界面处、并且第二次在与显示器17的界面处从光导层141中耦合输出。当撞击在光输出耦合结构144上时，在光导层141中被引导的光的主光线以包括发散度的导光角α被耦合输出，并且通过光输出耦合结构144的倾斜角ε没有进一步限制发散度。虽然这使得光的耦合输出相对于光强度更有效，但耦合输出光束的垂直发散度大于图2a中的发散度。α和β之间的最大可能角度变化也小于图2a中的角度变化。

关于光导层141的材料中的光输出耦合结构144的类型和形状，在图2c中以俯视图示出了用于光导层141的截面的形状和分布的两个示例，以示出根据图2b的光输出耦合结构144。除了图中所示的矩形和梯形之外，三角形、圆形扇区或圆形段或椭圆的一部分也适用。

图3a和图3b示出了图2a中的实施方式在导光角α、照明角β、反射角φ、输出角δ和倾斜角ε之间的关系。照明光从光导层141中耦合输出的优选角度(输出角δ)根据光导层141与邻接的粘附层15和16之间的折射率差来限定。在这方面，在图3a的侧视图中示出了在光导层141的下侧处的光输出耦合结构144的示意光束路径，其中，例如，光导层141的折射率为n＝1.49，并且邻接的粘附层15和16的折射率为n＝1.41。

图3b还包含必须满足的三个条件(以罗马数字I、II、III表示)，以确保设备正常运行：

I：引导的光线(α>71°)必须在光输出耦合结构144处经历全反射：

II：通过光输出耦合结构144偏转并以出射角δ＝α–2·ε撞击到光导层141上表面的光线在此处可能不会经历全反射：

III：全反射必须在显示器17的终止层的覆盖层/空气界面处发生(假设终止层171的n＝1.49)

图3b中的图示出了在上述数值示例中所允许的并且在记录皮肤印纹21期间有助于(I+II+III)根据本发明的成像的在光导层141中被引导的光的导光角α和光输出耦合结构144的倾斜角ε的组合。对于ε～10的光输出耦合结构144的倾斜角ε，最初被耦合输出的大多数光线都具有导光角α＝85°±5°。因此，显示器17的角谱β～δ＝65°±5°，其折射率与光导层141的折射率(n～1.5)相似。通过适配光输出耦合结构144的填充因子，实现了光在光导层141的整个表面上的均匀耦合输出以及位于放置表面11上的皮肤印纹21的相应均匀的照明。

在如图2a所示的具有光输出耦合结构144的实施方式中，与图2b中的实施方式相比，经由光输出耦合结构144的倾斜角ε和光导层141与相邻的粘附层15、16之间的折射率差，可以非常精确地调节耦合输出的照明光的垂直发散度。根据应用情况，根据本发明的设备可以在光强度方向或照明光的窄角谱方向上进一步优化。由于从光导层141耦合输出的光具有非常小的发散度，即耦合输出的角谱很小，从而获得具有高分辨率的高质量皮肤印纹21。

在图4中以五个俯视图示出了借助于多个LED 142及其以不同程度的发散度发射的光束在光导层141的窄侧处的照明光的耦合的各种方式，它们的预准直状态不同。对于这些构造变型，假定大多数LED 142已经由制造商以不同程度预准直。

图4中的子图(a)以俯视图示出了借助于多个LED 142及其明显发散的光束147在光导层141的窄侧处的照明光的耦合。

各种实施方式可以用作照明光的光源。如果在不使光束147准直的情况下使用多个LED 142，则各个光束147重叠，结果，放置在放置表面11上的手指2的被照亮的物点被不同的光束147照亮并在被扫描图像记录的多个图像点上或在传感器层13的多个光敏元件131(在此未示出)上成像(因此分布在被扫描图像记录的多个图像点上或分布在传感器层13的多个光敏元件131上)。在图4的子图(a)中通过箭头示例性地示出了物点在多个图像点上的映射。

作为多个发光LED 142的光束147的混合的必然结果，根据放置表面11处的物点在传感器层13中生成多个图像点，从而例如在多个光敏元件131上检测到覆盖手指2的相同对象信息，并且成像的皮肤印纹21的分辨率降低。光束147的水平和垂直发散度越小，分辨率越高。

图4中的子图(a)以俯视图示意性地示出了如何将物点(在每个实例中都显示为沿着底部虚线的黑点)分别成像在彼此相距一段距离的两个图像点(作为第二条虚线上的分隔点)上。发生这种情况的原因是，由于显示器17和光导层141相对厚，放置表面11和传感器层13之间存在距离。该距离越短，对象信息的散布越小，分辨率越好。光束147的发散度越小，分辨率越好，并且可以以相同分辨率选择的显示器17的厚度越大。因此，如图4的进一步的子图所示，用于准直LED 142的光束147的装置是一种提高分辨率或增加显示器17的厚度的方法。

在子图(b)中，使用了由制造商预准直的LED 142，并且，如上所述，LED 142被布置成彼此相对紧密地堆积，并且与将光耦合到其中的光导层141的窄侧之间的距离最短。因此，在没有附加的预准直光学器件143且各个LED 142的光分量良好混合的情况下，可以实现光束147的合理发散度。此外，当照明光被耦合输入空气与光导层141的窄侧之间的界面处时，光折射在空气与光导层141的窄侧之间的界面处发生，并且以这种方式实现了一定的预准直。

在这种类型的耦合输入不适合于图像记录的空间分辨率的要求的情况下，具有根据图4的子图(c)和(d)的附加的预准直光学器件143的构造变型是优选的。在子图(c)中，选择与光导层141的窄侧一体形成的折射凸透镜作为预准直光学器件143，也可以用GRIN透镜代替。在子图(d)中，折射预准直光学器件143以凹透镜的形式结合到光导层141的材料中，并且由光学上更薄的介质形成，即，具有比光导层141低得多的折射率。诸如空气的气态介质最适合此目的。虽然根据子图(c)和(d)的实施例示例可以实现的准直状态确保了可能的最佳分辨率，但是其缺点是放置表面11的照明强度分布不均匀，因此必须相互权衡这两种配置和根据子图(b)的变型，以确定应优先考虑哪些要求。还应考虑以下参考图5a和图5b的考量。

在图4的子图(e)中，紧密堆积的LED 142具有不同的光谱发射波长，并且沿着光导层141的窄侧交替布置并且是可切换的。选择至少两个不同的光谱区，以便记录优选用于验证真实性的覆盖对象、皮肤印纹21或文件3的交替照亮的图像。

图5a和图5b示出了根据本发明的用于记录高分辨率皮肤印纹21的设备的优选构造。在这种情况下，光导层141的光输出耦合结构144被形成为使得光输出耦合结构144的离散光束147的最大照明光会撞击在放置表面11的每个点上以照亮皮肤指纹21；也就是说，来自一个以上的光输出耦合结构144的光束147不撞击或重叠在放置表面11上的任何点上。

在特别有利的实施方式中，光导层141的光输出耦合结构144形成为使得以照明角β从光导层141耦合输出的照明光在显示器17的终止层171和空气之间的界面处经历全内反射，并在传感器层13的方向上反射回来，并且在经过部分透明的显示器17、第一粘附层15、光导层141和第二粘附层16之后，撞击到传感器层13的光敏元件131，使得各个光输出耦合结构144的扩展光束147也不会在传感器层13中重叠。以这种方式实现了覆盖的皮肤印纹21的改善的分辨率，因为成像在传感器层13上的位于放置表面11上的各个物点的成像点不重叠，即，传感器层13的每个光敏元件131最大程度地检测放置表面11上的点的全内反射的照明光。

因此，尽管放置表面11与传感器层13之间的距离较大，但由于没有信号混合，因此高分辨率记录皮肤印纹21是可能的。这种特定类型的照明必须在照射方向(图5b)以及垂直于照射方向(图5a)实现。

为了防止垂直于照射方向的信号重叠，如图5a所示，当在该方向上的照明具有小的角谱时是有利的。如已经描述的，这借助于相应的LED 142和(如参照图4所描述的)预准直光学器件143来实现。在特定的构造中，多个LED 142的照明光被高度预准直，使得其光束147在整个放置表面11上不重叠。尽管要记录的皮肤印纹21的分辨率较高，但是中间区149也会出现其中没有照明光入射到放置表面11上的情况。关于放置在放置表面11上的对象(手指2)的信息不能被记录在中间区149中。另一方面，高分辨率的皮肤印纹21通过传感器层13从读出区148中被检测出。

根据层体1的厚度以及放置表面11与传感器层13之间的距离，如图5b所示，借助于LED 142和光输出耦合结构144(光输出耦合结构144的水平和垂直发散度、填充因子和倾斜角ε)的适当的布置，可以防止(在放置表面11处反射的)连续耦合输出的光束N和N+1在光敏元件131的平面中的重叠。

有两种可能的方式来确定上述实施方式的尺寸。在第一变型中，与要检测的皮肤印纹21的结构相比，读出区148的间距较小，从而可以以低分辨率将完整图像记录在整个放置表面11上。

在第二变型中，与要检测的皮肤印纹21的结构相比，读出区148的间距较大，从而可以通过传感器层13的光敏元件131以非常好的分辨率来检测读出区148，因为没有信息重叠。在这方面，也可以检测三阶安全特征(皮肤毛孔的分辨)。在该变型中，在中间区149中没有分辨出(检测到)皮肤区21。因此，总体上，获得了具有高分辨率但具有间隙的图像。两种变型都非常容易用于1：1比较的应用，例如用于身份验证。

可以将图5a中所示的照明变型用于具有移动电子装置的移动应用，其中在与通过LED 142进行的照明输入耦合相对的一侧，存在用于捕获高质量皮肤印纹21的几乎无间隙的区，该区用作合格的身份验证区12，例如，用作解锁智能手机的主页按钮或用于高安全性的相关应用(例如登录银行帐户、确认付款等)。虽然用于可以在(通过LED 142接近照明输入耦合的)相对侧配置的与低安全性相关的应用的区具有带有检测间隙的中间区149，但是该区也可以用于捕获皮肤印纹21并例如在诸如游戏、应用控制之类的应用的实例中采用。在这种情况下，所记录的皮肤印纹21的信息提供了有价值的进一步的信息，因为除了一个或更多个覆盖的手指2的位置之外，可以评估多个手指2之间的区别及其取向(在放置表面11上的取向)、旋转(手指的左边缘和右边缘)以及角度(平坦的放置或指尖)。这些附加信息可以有效地用于更直观、更简单的应用控制。

图6示出了根据本发明的设备的进一步的构造细节的三个俯视图，其中，所谓的角光与至少一个LED 142耦合。

图6包含子图(a)，其以俯视图示出了用于将LED 142的光耦合到光导层141中的实施方式，其中至少通过切掉光导层141的一个角来在该角处实施光的耦合输入。切角145产生光导层141的另外的窄侧，其与通常存在于矩形光导层141中的窄侧具有135°的角度。该实施方式的优点在于，不需要通过预准直光学器件143在水平方向上将准直的LED 142的光束147耦合到光导层141中(如图4所示)。LED 142应当优选地以与相邻的直角窄侧成±45°的角度发射到光导层141中。这样做时，每个物点在水平方向上仅生成一个离散的图像点，如子图(a)中的黑点所示，这是因为不同光束147之间没有重叠。分辨率的降低仅通过垂直发散度(未示出)发生；然而，如已经在前文描述过的那样，由于光导层141与相邻的粘附层15和16之间的折射率的微小差异以及光输出耦合结构144的倾斜角ε，垂直发散度可以被严格地限制，甚至有可能限制到小于±5°的发散度。耦合到光导层141中的发散光束147的强度下降可以通过从光输出耦合结构144的尺寸和密度向边缘的增加的填充因子来补偿。

利用以这种方式构成的角照明，光导层141的相邻窄侧的边缘区域处的反射可能是不利的，因为它们会导致双重图像并且损害分辨率。因此，优选的构造在于，光导层141在没有光耦合到的另外的窄侧处具有吸收剂涂层，该吸收剂涂层吸收或耦合撞击在其上的光。

在图6的子图(b)和(c)中示出了除了子图(a)中的那些措施之外的其他措施。在子图(b)中，通过漫射器146改善了(至少)两个LED 142的光分布或光均匀化，通过该漫射器146在各个方向上均匀地发射光；而在子图(c)中，切角145被构造为凹曲线，从而从LED 142发散射出的所有光线都可以不中断地进入光导层141，使得仅从一个LED 142射出的照明光可以在整个光导层141中传播。

图7示出了根据本发明的设备的可取构造，与图1相比，该设备具有彼此相邻的两个光导层141、141'。另一光导层141'具有许多优点。由于光导的高透明性，多个光导层141、141'可以选择性地彼此叠置并且通过低折射粘合剂彼此连接。以这种方式形成的另一粘附层18应当具有与在光导层141和传感器层13之间的第二粘附层16相同的折射率。

存在将光提供给光导层141和141'的各种可能性。

首先，存在图7中所示的变型，其中在光导层141、141'中，从层体1的同一窄侧设置有LED 142。作为第一个优点，增加了耦合输出光的强度，因为两个光导层141、141'都是高度透明的，并且另一光导层141'不能有效地感知位于其上方的光导层141。此外，彼此平行耦合输出的光束从顶部看相对于彼此偏移并且有助于照明的均匀化，因为每个光导层141仅照亮每个实例中的放置表面11的特定部分，例如，以便也可以很好地照亮较大的放置表面11，例如用于记录整个手表面或多只手。

第二个优点在于，可以利用相同的光导层141、141'等之一专门进行照明来连续地进行多个记录，可以比较图像，并且可以选择最佳图像。除了用于实时检测的措施之外，这对于捕获干燥和湿润的皮肤印纹21也很重要。除了VIS光谱区以外，具有不同波长(例如，UV、IR)的照明光也可以在另一光导层141'中使用以用于实时检测。

当两个光导层141、141'的光输出耦合结构144具有不同的倾斜角ε、ε'(仅在图2a中详细示出)，并且光导层141或另一光导层141'引起例如照明角β'时，产生第三优点；其中，也适合于TIR的照明角β'偏离光导层141的照明角β，并因此也产生皮肤印纹21的比较图像，皮肤印纹21的比较图像尤其对于不同类型的皮肤(干燥和湿润的皮肤)可以提供更好的结果。对于该照明模式，第一光导层141可以被选择性地开启或关闭。

在图7的变型中，对于光导层141和141'中的每个，LED 142的光可以在层体1的不同的、优选相对的窄侧处引入。通过在另一光导层141'的右手窄侧上以虚线示出的LED 142象征性地将该变型描绘为选择性的可选替代方案。

在这种替代情况下，从光导层141和141'耦合输出的光线会产生两个具有空间偏移的不同图像，可以将它们相减，并且可以将两个指纹图像相互比较以提高质量；可以选择更好的图像，或者可以通过后续图像处理融合两个图像。

图8示出了本发明的优选实施例，其在图1上进行了扩展。在这种情况下，在传感器层13上方增加了滤光层，这里以示例的方式示出为全表面光谱滤光层19，此外，滤光层尤其可以消除环境光。然而，光谱滤光层19也可以安装(未示出)在单独的光敏元件131上。在优选的实施方式中，光谱滤光层19是窄带滤光器并且适合于光导层141的照明光的波长，使得其对大多数照明光都是透明的，并且对残留的光分量(例如显示器17的发光元件层173的光分量和其他干涉光4)具有吸收作用。

图7与图1相比，另一特征在于，传感器层13包括附加的光阑层132，该光阑层132仅允许以限定的照明角β选择性地从光导层141耦合输出的光束147在放置表面11上全反射之后撞击在光敏元件131上。所有其他角度由光阑层132区分(反射或吸收)。在根据图1和图7的实施例中，如果需要，还可以添加光阑层132和光谱滤光层19。

光阑层132减轻了照明光的水平和垂直发散度的影响，并且较厚的终止层171可以随后用于显示器17，同时保持相同的分辨率，例如，以便提高层体1和整个设备的保护和/或稳定性。

非透明的光阑材料对于有效地阻挡干涉光4或来自不被检测的照明角β′的全反射光是必需的。对于光阑层132中的各个光阑，由于其易于结构化的能力而用于光刻涂布工艺的材料(例如，诸如铬、铝、金、钼、铜、银或硅的金属)是优选的。然而，由于这些材料的反射特性，可能会在光阑的上表面产生不必要的反射，从而对图像记录的对比度产生有限的影响，增加噪声或生成双重图像。因此，优选使用吸收性有机材料、吸收性无机材料或具有特定微结构的材料；吸收性有机材料例如聚四氟乙烯，吸收性无机材料例如类金刚石碳膜、黑铬、二硫化铜铟。可以优选通过印刷方法(例如丝网印刷)在传感器层13的光敏元件131上施加作为结构化光阑层132的材料，因为它们可以快速、灵活和廉价地生产。为此，在印刷方法中主要使用有机材料。

图9示出了本发明的另一有利构造，其与先前的图的不同之处在于显示器17和光敏元件131的组合。通过在显示器17的通常的发光元件层173中实施光敏元件131，该构造变得更紧凑；现在该构造仅包括位于修改后的显示器17下方的光导层141。对于这种构造，诸如光谱滤光层19和光阑层132的附加层也可以类似地集成在显示器17中。

利用在本文中描述的本发明的实施方式，基于用于全内反射(TIR)的以限定的角度从光导层141选择性地耦合输出的光，借助于移动电子装置，皮肤印纹21以及文件的高分辨率、高对比度记录是可能的。另外，仅允许以限定的方式从光导层141耦合输出的要检测的TIR角度范围的光阑结构与作为传感器层13中的光阑层133的各个感光元件131相关联。可以通过调节电子快门功能(滚动快门或全局快门)的传感器控制的其他措施来实现对皮肤印纹21和与安全相关的文件3的图像记录的进一步优化。

参考符号

1 层体

11 放置表面

12 身份验证区(主页按钮)

13 传感器层

131 光敏元件

132 光阑层

14 光源单元

141 光导层

141' (另一)光导层

142 LED

143 预准直光学器件

144 光输出耦合结构

145 (切)角

146 漫射器

147 (耦合到光导层141中的)光束

148 读出区

149 中间区

15 第一粘附层

16 第二粘附层

17 显示器

171 终止层

172 基材

173 发光元件层

18 另一粘附层

19 光谱滤光层(带通)

2 手指

21 (要记录的)皮肤印纹

3 文件

4 干涉光

α (在光导层141、141'中引导的光的)导光角

β、β' (在放置表面11处的)照明角

δ (来自光导层141的)输出角

ε、ε' (光输出耦合结构144的)倾斜角

φ、φ'(光输出耦合结构144的)反射角

γ (光输出耦合结构144的)折射角

Claims (18)

1.一种用于皮肤印纹的直接光学记录的设备，所述设备具有层体(1)，所述层体(1)包括由所述层体(1)的终止层(171)形成的放置表面(11)以及显示器(17)和传感器层(13)的组合，其中，所述传感器层(13)具有布置在传感器栅格中的光敏元件(131)，其特征在于，

光源单元(14)被布置在所述显示器(17)下方，其中，所述光源单元(14)形成为光导层(141)，并借助于窄侧处的LED(142)具有耦合输入的光；

所述光导层(141)具有光输出耦合结构(144)，基于所述光输出耦合结构(144)的倾斜角ε并且基于所述光导层(141)的相邻各层之间的折射率差，所述光输出耦合结构(144)允许以限定的角度朝所述终止层(171)的方向从所述光导层(141)定向耦合输出光，在经过所有层到达所述终止层(171)之后，在空气界面处的所述放置表面(11)处产生全内反射(TIR)，并且具有≤±15°的小发散角范围，以实现要记录的皮肤印纹(21)的高空间分辨率；

所述显示器(17)具有朝所述放置表面(11)方向从所述光导层(141)耦合输出的光的至少1％的限定的透明度，以及

在所述显示器(17)和所述光导层(141)之间有第一粘附层(15)，在所述光导层(141)和所述传感器层(13)之间有第二粘附层(16)，其中

所述第一粘附层(15)和所述第二粘附层(16)具有相同大小的折射率，所述相同大小的折射率比所述光导层(141)、所述显示器(17)和所述传感器层(13)的折射率低至少1％至30％，所述光导层(141)、所述显示器(17)和所述传感器层(13)的折射率在1.45至2.0之间。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，LED光输入耦合具有在所述光导层(141)的窄侧处的预准直光学器件(143)，所述预准直光学器件(143)被布置在所述LED(142)的下游，并且在每种情况下，利用所述预准直光学器件(143)在耦合到所述光导层(141)的光束(147)中调节2.5°至30°之间的水平发散度，以便实现所述要记录的皮肤印纹(21)的改进的分辨率。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述预准直光学器件(143)是折射光学元件。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，与所述LED(142)相关联的所述预准直光学器件(143)是结合在所述光导层(141)的窄侧处的透镜。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，与所述LED(142)相关联的所述预准直光学器件(143)在所述光导层(141)的内部以凹透镜的形式由折射率比所述光导层(141)低的介质形成。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，与所述LED(142)相关联的所述预准直光学器件(143)以凸透镜或GRIN透镜的形式并入所述光导层(141)的窄侧。

7.根据权利要求2至6中的一项所述的设备，其特征在于，沿着所述光导层(141)的窄侧布置具有预准直光学器件(143)的多个紧密相邻的LED(142)，从而在所述放置表面(11)上存在读出区(148)，在所述读出区(148)中所述LED(142)的光束(147)既不在水平方向上也不在垂直方向上重叠，并且在所述读出区(148)中能够以高空间分辨率记录皮肤印纹(21)，进一步地，存在中间区(149)，在所述中间区(149)中没有关于皮肤印纹(21)的信息。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述放置表面(11)的身份验证区(12)具有>50％的百分比的高密度的读出区(148)，并且所述身份验证区(12)被配置用高空间分辨率几乎无间隙地记录皮肤印纹(21)以用于身份验证应用。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述放置表面(11)的区具有低密度的读出区(148)，并具有>50％的百分比的中间区(149)，并且因此所述读出区(148)被配置用于以高空间垂直和水平分辨率记录具有间隙的皮肤印纹(21)，以用于与安全性低相关的应用和手指手势的捕获。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，利用至少一个LED(142)的光的角耦合输入被布置在窄侧处，所述光的角耦合输入通过切割所述光导层(141)的角(145)来提供，其中耦合到所述光导层(141)中的发散光束(147)的强度下降是由所述光输出耦合结构(144)的增加的填充因子来补偿。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，在LED(142)和所述光导层(141)之间布置有漫射器(146)，以使耦合输入的光在所述光导层(141)的所有立体角中均匀分布，使得所述光输出耦合结构(144)不需要补偿在与切角(145)邻接的所述光导层(141)的边缘区处的光的减少。

12.根据权利要求1至11中的一项所述的设备，其特征在于，在透明光导层(141)下方布置有另一光导层(141')，所述另一光导层(141')通过另一粘附层(18)与所述光导层(141)连接，所述另一粘附层(18)像在所述第一粘附层(15)和所述第二粘附层(16)中一样选择低的折射率。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述光导层(141)和所述另一光导层(141')在所述层体(1)的相对的窄侧上具有光输入耦合。

14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述另一光导层(141')以与所述光导层(141)相同的方式朝所述放置表面(11)的方向耦合输出。

15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述光导层(141)和所述另一光导层(141')在所述光导层(141、141')的区中具有相对于彼此水平偏移的光输出耦合结构(144)。

16.根据权利要求1至15中的一项所述的设备，其特征在于，在部分透明的显示器(17)中设置有所述光敏元件(131)，所述光敏元件(131)被布置在限定的栅格中并且结合在所述显示器(17)内部的发光元件层(173)中。

17.一种使用根据权利要求12所述的设备来直接光学记录皮肤印纹的方法，所述方法具有以下步骤：

在记录期间，至少在放置的皮肤印纹(21)的区中关闭所述显示器(17)，以便与所述显示器(17)的无向发光相比，增加所述光导层(141)的定向照明光的相对比例，

在所述光导层(141)的照明下，利用所述传感器层(13)记录第一图像，并将所述第一图像存储在图像存储器中，

分析所述第一图像，以确定是否满足限定的质量标准，

当所述第一图像不满足所述质量标准时，在所述另一光导层(141')的照明下，利用所述传感器层(13)记录第二图像，

分析所述第二图像，以确定是否满足限定的质量标准，其中

当所述第二图像满足所述质量标准时，将所述图像存储器中的所述第一图像替换为所述第二图像，或者

当所述第二图像不满足所述质量标准时，将存储的第一图像以限定的已知偏移量叠加在所述第二图像上，并存储高分辨率的融合图像。

18.一种使用根据权利要求12所述的设备来直接光学记录皮肤印纹和文件(3)的方法，所述方法具有以下步骤：

在记录第一图像期间，至少在放置的皮肤印纹(21)的区中关闭所述显示器(17)，以便与所述显示器(17)的无向发光相比，增加所述光导层(141)的定向照明光的相对比例，

通过在所述显示器(17)的终止层(171)中以适合于TIR的照明角β进行照明以及所述光导层(141)以衍射角γ耦合输出，利用所述传感器层(13)来记录第一图像，并将所述图像存储在图像存储器中作为放置的皮肤印纹(21)的图像，以及

通过利用所述显示器(17)进行照明，利用所述传感器层(13)来记录第二图像以用于记录所述文件(3)，并将所述第二图像存储为放置的文件(3)的图像。

-9页附图-

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