CN112889064B - 显示器下方生物特征成像装置 - Google Patents

Abstract

光学生物特征成像装置(100)，其被配置成布置在至少部分透明的显示面板(102)下方，并且被配置成捕获位于显示面板的相对侧的对象的图像，该光学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)；光重定向元件阵列(118；802，803；206)，每个光重定向元件被配置成将光重定向到像素阵列上；滤色器(111)，其被布置在光重定向元件阵列与图像传感器之间，滤色器包括光学上透射的相应滤色器元件(115，117)的至少两个滤色器阵列，第一滤色器阵列包括第一滤色器元件，第二滤色器阵列包括第二滤色器元件，滤色器阵列被布置成使得每个光电检测器像素至少部分地被至少第一滤色器元件和第二滤色器元件覆盖。

Description

显示器下方生物特征成像装置

技术领域

本发明涉及生物特征成像装置，该生物特征成像装置被配置成布置在至少部分透明的显示面板下方。本发明还涉及电子装置。

背景技术

生物特征系统被广泛用作为增加诸如移动电话等的个人电子装置的便利性和安全性的手段。特别地，指纹感测系统现在被包括在所有新发布的诸如移动电话的消费电子装置的大部分中。

光学指纹传感器为人们所知已经有一段时间，并且可以在某些应用中例如是电容式指纹传感器的可行替选。光学指纹传感器可以例如基于针孔成像原理和/或可以采用微通道，即，将入射光聚焦至图像传感器上的准直仪或微透镜。

最近，人们对将光学指纹传感器布置在电子装置的显示器下面感兴趣。为了将光学指纹传感器安装在显示器下方，要求图像距离较小以减小光学指纹传感器的厚度。此外，要被成像的对象(即，指纹)通常位于离传感器的距离显著大于图像距离的位置处。该对象距离通常至少由包括屏幕保护器等的显示器厚度来限定。

对图像距离和对象距离的要求导致图像传感器的像素大小必须小，以保持高分辨率，这需要相对昂贵的图像传感器。

US2016/0266695描述了一种能够感测显示屏上的指纹的指纹感测显示器。US2016/0266695公开了特定波段的滤色器材料已经沉积在光学传感器阵列的一些像素上。使用彩色像素获取第一图像，并且使用非彩色像素获取第二图像。最后，对图像进行组合以产生具有较高分辨率的图像。

尽管似乎US2016/0266695公开了一种通过不减小像素大小来提高分辨率的方法，但是在这方面仍有改进的空间。

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一种具有改进的成像分辨率的生物特征成像装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种光学生物特征成像装置，该光学生物成像装置被配置成布置在至少部分透明的显示面板下方，并且被配置成捕获位于透明显示面板的相对侧的对象的图像。

生物特征成像装置包括图像传感器，该图像传感器包括光电检测器像素阵列。

生物特征成像装置包括光重定向元件阵列。每个光重定向元件被配置成将光重新定向到光电检测器像素阵列上，

滤色器被布置在光重定向元件阵列与图像传感器之间。滤色器包括光学上透射的各个滤色器元件的至少两个滤色器阵列。第一滤色器阵列包括第一滤色器元件，第二滤色器阵列包括第二滤色器元件。

滤色器阵列被布置成使得图像传感器的每个光电检测器像素至少部分地被至少第一滤色器元件和第二滤色器元件覆盖。

本发明基于以下实现：由至少两个不同的滤色器元件来覆盖光电检测器像素阵列的每个像素，例如，至少第一滤色器元件和第二滤色器元件。不同的滤色器元件被配置成过滤掉特定滤色器元件的相应透射带之外的波长的光。

因此，每个滤色器具有与光的颜色(例如，第一颜色和第二颜色)相对应的光谱透射带。以此方式，可以获得至少两个图像，一个在第一光谱带中，并且另一个在第二光谱带中，等等，并且随后组合图像。这意味着光电检测器像素阵列中的每个像素获得至少两个图像的图像数据。对于给定的图像传感器，包括光电检测器像素阵列的图像传感器的采样频率(“dpi”)有效地增加。

通过要求保护的发明，提供了一种生物特征成像装置，其易于集成在显示面板中，以提供显示器内(in-display)指纹感测功能，并且其中，可以提高图像装置采样频率和分辨率，而无需将图像传感器替换为具有较小像素的更昂贵的传感器。通过在不同光谱带中使用多次曝光，可以增加分辨率和采样频率而不用更换图像传感器。

滤色器可以包括一组滤色器阵列，其中每个阵列被配置成允许特定光谱带中的光的透射。换言之，相应滤色器阵列的滤色器元件被配置用于相应的光谱透射带。

滤色器元件的整个区域可以是光学上透射的。换言之，整个第一滤色器元件和整个第二滤色器元件可以是光学上透射的。

在图像传感器上以滤色器层的形式设置滤色器，直接地或间接地在像素上，即，如果需要的话，在其间可以有例如保护层。然而，滤色器被布置成使得每个光电检测器像素至少部分地被来自每个滤色器阵列的一个滤色器元件覆盖。

图像传感器的每个光电检测器像素至少部分地被来自每个滤色器阵列的一个滤色器元件覆盖，即，至少被第一滤色器元件和第二滤色器元件覆盖，这意味着光电检测器像素仅接收已经通过滤色器元件过滤的光。

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被称为感测表面。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，并且所反射的光被光重定向元件接收，并随后重定向到光电检测器像素阵列中的单个像素或像素的相应子阵列上。在子阵列的情况下，可以针对每个子阵列捕获手指的一部分的图像。通过组合来自所有光重定向元件的图像，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。

根据实施方式，图像传感器可以优选地是基于薄膜晶体管(TFT)的图像传感器。这样的传感器为显示器下方(under display)指纹成像传感器提供了经济有效的解决方案。TFT图像传感器可以是背照式TFT图像传感器或前照式TFT图像传感器。TFT图像传感器可以被布置为热区(Hot-zone)、大区域或全显示器解决方案。

根据实施方式，图像传感器的每个光电检测器像素可以部分地被不透明部分覆盖。不透明部分(即非透明部分)被布置成阻挡部分光电检测器像素接收光。这实际上减小了像素的有效区域，但是有益地改善了图像传感器的调制传递函数(MTF)。不透明部分还可以用于改善图像传感器对称性。

根据实施方式，每个光电检测器像素的被相应滤色器元件覆盖且不被不透明部分覆盖的区域可以是同样的。换言之，被配置成从来自每个滤色器阵列的相应滤色器元件接收过滤光的光电检测器像素的区域是同样的。因此，第一滤色器元件与交叠像素区域的组合所提供的有效像素尺寸与第二滤色器元件与交叠像素区域的组合所提供的有效像素尺寸是相等的。这提供了滤色器和不透明部分的直接配置，例如当不需要补偿对称性时。

根据实施方式，每个光电检测器像素的被相应第一滤色器元件和第二滤色器片元件覆盖而不被不透明部分覆盖的区域可以是不同的。以此方式，如上所述，可以调整图像传感器不对称性。另外，可以补偿滤色器阵列的不同光谱带之间的光谱带透射率的变化。

根据实施方式，生物特征装置可以包括不透明掩膜层，该不透明掩模层被布置成覆盖每个滤色器元件的部分，从而限定不透明部分和光学上透射的滤色器部分。这是一种与滤色器阵列的滤色器元件相结合地实现不透明部分的可能方式。滤色器部分是滤色器元件的以下部分：其未被不透明掩模层覆盖且被布置成覆盖光电检测器像素的至少一部分。

根据实施方式，不透明部分被布置在与光学上透射的滤色器元件相同的层中。因此，有利地以与滤色器元件并排的方式布置不透明部分。这提供了由不透明部分和背对图像传感器的滤色器元件形成的平坦表面，这可以便于生物特征成像装置的组装。此外，通过并排布置不透明部分和滤色器元件，使得生物特征感测装置的总高度更低。这还提供了简化的制造。

根据实施方式，透明显示面板可以包括颜色可控光源。可以根据实施方式来使用各种类型的显示器。例如，具有任何类型的三刺激(tri-stimulus)发射(如RGB、CMY等)的基于OLED、u-LED的显示面板。

在任何情况下，重要的是，选择施加到图像传感器像素的滤色器以匹配由显示器发射的光的光谱带。

根据实施方式，每个滤色器阵列中的滤色器元件的光谱透射带被配置成与来自颜色可控光源的发射光的相应颜色相匹配。

不同滤色器阵列中的滤色器元件的光谱透射带优选地至少部分地分隔开。光谱透射带优选地以分离的透射波长为中心。

根据实施方式，光重定向元件阵列可以是微透镜阵列。微透镜提供将光重定向到光电检测器像素阵列的有益方式。特别地，每个微透镜可以被布置成将光重定向到像素的子阵列上。

根据实施方式，微透镜阵列可以被布置在透明基板上，该透明基板被布置成覆盖图像传感器。这简化了生物特征成像装置的制造，因为微透镜可以全部制造在相同的透明基板上。此外，使所有微透镜布置在单个基板上便于实现使微透镜处于单个平面中的任务。

根据实施方式，生物特征感测装置可以包括被布置成覆盖透明基板的上表面的不透明层。不透明层还包括多个单独的开口，其中，每个微透镜位于不透明层中的相应开口中。这有利地确保了图像传感器检测到有限的杂散光，即，其防止未通过微透镜的光到达图像传感器。

微透镜可以以具有50μm至2mm的间距的阵列来布置。

微透镜可以是直径在20μm至1mm的范围内的圆形透镜。

微透镜可以是最短边的长度在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。

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具体配置。

根据实施方式，滤色器优选地被夹在图像传感器与透明基板之间。

根据实施方式，生物特征成像装置可以包括：透明基板，其被布置成覆盖图像传感器；其中，光重定向元件是被布置成覆盖透明基板的透射掩模，其中，透射掩模包括形成编码孔的多个开口，编码孔被配置成将与生物特征成像装置的外表面接触的对象的编码图像投影到图像传感器上；以及图像传感器电路，其被配置成捕获与投影到图像传感器上的编码图像相对应的图像。

根据实施方式，光重定向元件阵列可以是准直器阵列，每个准直器被布置成将光重定向到光电检测器像素阵列中的一个像素上。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子装置，包括：透明显示面板和根据本发明第一方面的实施方式中的任一个的光学生物特征成像装置。该电子装置还包括处理电路，该处理电路被配置成接收来自生物识别成像装置的信号，该信号指示触摸透明显示面板的手指的指纹，并且基于所检测的指纹来执行指纹认证过程。

显示面板可以例如基于OLED、LCD、μLED和类似技术。从而，使显示器内生物特征成像成为可能。

该电子装置可以例如是移动装置，诸如移动电话(例如，智能电话)、平板电脑、平板手机(phablet)等。

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，提供了一种用于使用光学生物特征成像装置获取指纹图像的方法，该光学生物特征成像装置被布置在包括颜色可控光源的至少部分透明的显示面板下方，该方法包括用不同颜色的光顺序地照射手指。该方法还包括：针对每个不同颜色捕获相应的滤色指纹图像；以及组合滤色指纹图像以形成结果指纹图像。

根据实施方式，该方法可以包括：用第一颜色的光照射手指；捕获第一滤色指纹图像；用第二颜色的光照射手指；捕获第二滤色指纹图像；以及将第一滤色指纹图像和第二滤色指纹图像进行组合，以形成结果指纹图像。

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。

当研究所附的权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建不同于下述实施方式的实施方式。

附图说明

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

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的电子装置的示例；

图2是根据本发明的实施方式的电子装置的示意性框图。

图3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；

图4示意性地示出了图3中的生物特征成像装置的特写图；

图5是根据本发明的实施方式的生物特征成像装置的分解图；

图6a至图6e概念性地示出了布置在光电检测器像素上的滤色器元件的不同配置；

图7a至图7b是滤色器元件、不透明部分和光电检测器像素的示意性截面图；

图8是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图；以及

图9是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图。

图10示出了本发明的一个实施方式，其中导光元件是准直器；以及

图11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。

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中，例如用于在盖玻璃等下方的光学指纹传感器中。

现在转向附图，并且特别转到图1，示意性地示出了被配置成应用根据本公开内容的概念的电子装置的示例，其形式为具有集成的显示器内光学生物特征成像装置100和显示面板104的移动装置101，其中该显示面板104具有触摸屏幕界面106。生物特征成像装置100可以例如用于解锁移动装置100和/或用于授权使用移动装置100执行的交易等。

生物特征成像装置100在这里被示为小于显示面板104，但是仍然相对较大，例如，大区域实现方式。在另一有利实现方式中，生物特征成像装置100可以与显示面板104具有相同的大小，即，全显示器方案。因此，在这样的情况下，用户可以将他/她的手指放在显示面板上的任何位置以进行生物特征认证。在其他可能的实现方式中，生物特征成像装置100可以小于所描绘的生物特征成像装置，例如提供热区实现方式。

优选地并且对本领域技术人员明显地，图1中所示的移动装置100还包括用于WLAN/Wi-Fi通信的第一天线、用于电信通信的第二天线、麦克风、扬声器和电话控制单元。当然，移动装置还可能包括其他硬件元件。

还应注意，本发明可以适用于包括透明显示面板的任何其他类型的电子装置，例如膝上型电脑、平板电脑等。

图2是根据本发明的实施方式的电子装置的示意性框图。根据本发明的实施方式，电子装置200包括透明显示面板204和生物特征成像装置100，生物特征成像装置100概念性地被示出为布置在透明显示面板204下方。此外，电子装置200包括诸如控制单元202的处理电路。控制单元202可以是电子装置202的独立控制单元，例如装置控制器。替选地，控制单元202可以包括在生物特征成像装置100中。

控制单元202被配置成从生物特征成像装置100接收指示检测对象的信号。接收的信号可以包括图像数据。

基于接收到的信号，控制单元202被配置成检测指纹，并且基于检测到的指纹，控制单元202被配置成执行指纹身份验证过程。这样的指纹认证过程本身是本领域技术人员已知的，并且本文不再进一步描述。

图3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。此处，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方，只要图像传感器接收到充足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(例如，指纹或掌纹)的图像即可。在下文中，描述了生物特征成像装置100，其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。

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，例如连接至相关联的控制电路的CMOS或CCD传感器。然而，在优选实施方式中，图像传感器108是基于薄膜晶体管(TFT)的图像传感器，其提供了经济有效的解决方案。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还包括被布置成彼此有一定距离的多个单独的开口116。

光学生物特征成像装置包括微透镜118的阵列，每个微透镜被布置在可选的不透明层114的相应开口116中，并且与不透明层114在同一平面中。此外，微透镜118具有与开口116相同的大小和形状，以防止未穿过微透镜118、119的杂散光到达图像传感器108。

每个微透镜118被配置成将光重定向为穿过透明基板112并且到达光电检测器像素阵列109中的像素子阵列120上。子阵列120在这里被定义为仅从一个微透镜118接收光的像素的阵列。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被示出接收由手指104反射的光，该光在到达微透镜118之前已经传播穿过显示面板102，由微透镜118接收的光被聚焦到图像传感器108上。接收来自微透镜118的光的像素的子阵列120优选地不与接收来自相邻微透镜的光的相邻子阵列交叠。

生物特征成像装置100还包括布置在微透镜118的阵列与图像传感器108之间的滤色器111。如图4中可以更清楚地看到，滤色器阵列111包括第一滤色器元件115的第一滤色器阵列和第二滤色器元件117的第二滤色器阵列。第一滤色器元件115和第二滤色器元件117被布置成覆盖图像传感器的每个光电检测器像素110。

此外，透明显示面板102包括颜色可控光源130，颜色可控光源130包括可单独控制的发光像素132。为了获取例如指纹或掌纹的图像，颜色可控光源130可以发射光，该光被手指104反射并且被图像传感器110的像素检测。所发射的光具有与一种颜色的滤色器元件(例如第一滤色器元件115)的光谱透射带(spectral transmission band)匹配的预定颜色。以此方式，像素110主要接收穿过第一滤色器元件115而不穿过第二滤色器元件117的光，因为第二滤色器元件117过滤掉第一颜色的光。

随后，颜色可控光源130可以发射与第二滤色器元件117的光谱透射带匹配的预定颜色的光。因此，像素110主要接收穿过第二滤色器元件117而不穿过第一滤色器元件115的光，因为第一滤色器元件115过滤掉第二颜色的光。

存在着经过颜色可控光源130的光学路径或适当的开口，使得光束从手指104传输到达图像传感器108。

在其他可能的实现方式中，颜色可控光源可以被布置在透明面板的侧面上，其中，光导或盖玻璃被配置成将来自颜色可控光源的光引导至图像传感器区域以检测指纹。

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可以例如包括用于将显示面板102附接至成像装置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。中间层包括在透明显示面板与微透镜118之间的气隙。

此外，中间层122还可以包括本文中未单独示出的抗反射涂层、光学滤光器(例如，红外滤光器)和/或偏振滤光器。通常优选的是，微透镜118的折射率尽可能地高，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5是生物特征成像装置100的分解图，图5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。每个像素110被第一滤色器元件115和第二滤色器元件117覆盖。微透镜118在这里被示为圆形微透镜，从而提供圆形子阵列120。然而，可以想到其他形状的微透镜，例如矩形微透镜。

图6a至图6e示出了根据各种实施方式的滤色器元件的不同布局。图6a至图6e中所示的实施方式均涉及具有两种颜色(第一颜色和第二颜色)的滤色器元件的实施方式。然而，本发明可适于具有多于两种颜色的多于两种类型的滤色器元件。

在图6a中，四个图像传感器光电检测器像素(其中一个被编号为110)被示出为：每一个均被相应的第一颜色元件203和第二颜色元件207覆盖。这里，颜色元件203和207覆盖整个光电检测器像素110。在该示例实施方式中，第一颜色元件203和第二颜色元件207的区域是相等的。此外，在图6a的示例实施方式中，使用整个光电检测器像素110，这意味着在相邻像素之间没有空间图像信息丢失。然而，利用相应滤色器元件203、207所覆盖的像素部分而捕获的图像信号在更大的像素区域上被平均。更准确地说，与已经被滤色器元件203或207中的一个过滤的光相对应的由像素110捕获的信号在整个像素区域110上被平均。

图6b示出了另一实施方式，其中光电检测器像素110由滤色器元件303和307以及不透明部分305和308覆盖。第一颜色元件303适于过滤入射光以使得过滤后的光到达光电检测器像素110。类似地，第二颜色元件307适于过滤入射光以使得经过滤的光到达光电检测器像素110。在该示例实施方式中，滤色器元件303和307的区域等于不透明部分305和308的区域。此外，在该示例实施方式中，应当注意，在光电检测器像素110的阵列上的对角方向上没有空间信息丢失，因为光学透射滤色器元件303和307没有被任何不透明部分对角线地分隔开。此外，在图6b所示的实施方式中，光学透射滤色器元件303和307的未被任何不透明部分覆盖的区域是相等的。

图6c描述了另一种可能的实施方式，其中每个光电检测器像素部分地被滤色器元件403和407以及不透明部分405覆盖。与图6c所示的实施方式相反，在该实施方式中，光学透射滤色器元件403和407的未被不透明部分覆盖的区域不相等。这里，滤色器元件403大于滤色器元件407。通过定制光学透射滤色器元件403和407的相对大小，可以补偿像素110对不同光谱带宽的不同敏感度或不同颜色的滤色器的透射率。例如，如果图像传感器光电检测器像素110对第一颜色的光比对第二颜色的光更敏感，那么可以使第二滤色器元件407的区域大于第一滤色器元件403的区域。作为另一示例，如果由颜色可控光源发射的光的强度在不同的光谱带上变化，则这可以通过使用不透明部分使滤色器元件的区域不同来补偿。

关于图6b和6c讨论的实施方式都包括不透明部分，其使得有效图像传感器像素大小更小。这有利地增加了图像传感器调制传递函数(MTF)，尽管图像传感器灵敏度降低了。

到目前为止，滤色器元件仅被示出为矩形。然而，如图6d所示，其他形状是可以想到的。在图6d中，第一滤色器元件603和第二滤色器元件607是三角形的。

此外，滤色器元件还可以被布置成覆盖一个以上光电检测器像素元件110。转向图6e，示出了被布置成部分地覆盖四个光电检测器像素110的第一滤色器元件703，以及被布置成部分地覆盖四个光电检测器像素110的第二滤色器元件707。还存在被布置成部分地覆盖四个光电检测器像素110的不透明部分705。

形成不透明部分可以以各种方式来实现。图7a至图7b示出了两种可能的实现方式。图7a和图7b各自示出了像素110、滤色器元件303(例如，来自图6b)和不透明部分305的横截面。

在图7a中，不透明部分305被布置在与光学透射滤色器元件相同的层中，并且在图7b中，不透明掩模层被布置成覆盖每个滤色器元件的部分，从而限定不透明部分305和光学透射滤色器部分。不透明掩膜层因此覆盖滤色器元件303的一部分，使得在滤色器元件303上限定不透明部分305。

图8是根据实施方式的方法步骤的流程图。如步骤S102所示，顺序地用不同颜色的光照射手指。针对每次照射，在步骤S104中针对不同颜色中的每种颜色捕获相应的滤色指纹图像。随后，在步骤S106中，组合滤色指纹图像以形成结果指纹图像。

图9是根据更具体实施方式的方法步骤的流程图。这里，首先用第一颜色的光照射手指(S202)。接着捕获第一滤色指纹图像(S204)。用第二颜色的光照射手指(S206)，随后捕获第二滤色指纹图像(S208)。在步骤S210中，第一滤色指纹图像和第二滤色指纹图像被组合以形成结果指纹图像。

可以通过已知的成像组合技术来执行滤色指纹图像的组合。在具有不透明部分的示例中，可以在光电检测器像素区域上内插图像信号，以便包括遮掩部分。一个被遮掩的部分例如可以由相邻的未遮掩部分(即，滤色器部分)的平均值来表示。

在没有不透明部分的情况下，可以直接使用来自各个滤色器元件部分的图像信号，尽管可以想到组合图像信号的其他可能方式。

可以通过本身已知的生产技术来执行滤色器元件的制造。这样的制造技术包括例如基于液体旋转(spinning of liquid)的滤色器产品，例如溶解在载液(carrier liquid)中的染料。处理旋转的滤色器产品使得能够通过已知的光刻工艺(例如光刻)在图像传感器的表面上限定滤色器元件。用于滤色器元件的其他处理技术和材料是可以想到的，例如包括在载体上的颜料或在载液中悬浮的颜料的滤色器产品。

在一些可能的实现方式中，微透镜阵列可以由准直器阵列代替。图10概念性地示出了图像传感器的一个光电检测器像素110。该光电检测器像素110被两个滤色器元件覆盖，如先前描述的实施方式中的第一滤色器元件115和第二滤色器元件117。第一准直器802被配置成将光重定向为朝向第一滤色器元件115，而第二准直器804被配置成将光重定向为朝向第二滤色器元件115。

在另外的可能实现方式中，导光元件包括编码孔(coded aperture)元件的阵列，如示出了其横截面的图11中所示。类似于图3中所说明的实施方式，透明基板112被布置成覆盖图像传感器108及滤色器111。透射掩模206被布置成覆盖透明基板112。此外，透射掩模206包括形成编码孔的多个开口208，该编码孔被配置成将与生物特征成像装置100的外表面接触的对象104的编码图像投影到图像传感器108上。图像传感器电路(未示出)被配置成捕获与投影到图像传感器上的编码图像相对应的图像。

编码孔成像是基于以下原理：以已知图案阻挡入射光，使得在图像传感器上投射编码的阴影。然后，可以根据该阴影图像来数学地重构原始发射光(即到达编码孔的光)的特性。

控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程器件。控制单元还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元包括可编程器件(例如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，处理器还可以包括控制可编程器件的操作的计算机可执行代码。应当理解，借助于控制单元(或通常称为“处理电路”)提供的功能中的全部或某些部分可以至少部分地与生物特征成像装置集成。

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来说，许多不同的改变、修改等将变得明显。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省略、互换或安排，而成像装置仍能够执行本发明的功能。

微透镜在此被示为具有朝向透明基板的平坦表面的平凸透镜。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，并且在一个实施方式中，透镜可以附接至显示面板的下表面，即使与微透镜的相反定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由具有平坦表面的透镜提供的制造和组装的容易性。

另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以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。在互不相同的从属权利要求中记载某些手段并不表示不能有利地使用这些手段的组合。

Claims (22)

1.一种光学生物特征成像装置(100)，其被配置成布置在至少部分透明的显示面板(102)下方，并且被配置成捕获位于所述透明的显示面板的相对侧的对象的图像，所述光学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)；

光重定向元件阵列(118；802，803；206)，其中，每个光重定向元件被配置成将光重定向到所述光电检测器像素阵列上，

滤色器(111)，其被布置在所述光重定向元件阵列与所述图像传感器之间，所述滤色器包括光学上透射的各个滤色器元件(115、117)的至少两个滤色器阵列，第一滤色器阵列包括多个第一滤色器元件，第二滤色器阵列包括多个第二滤色器元件，

其中，所述滤色器阵列被布置成使得所述图像传感器的每个光电检测器像素至少部分地被至少两个不同的滤色器元件覆盖，使得每个光电检测器像素接收与所述至少两个不同的滤色器元件对应的至少两个不同的光谱透射带中的光，其中所述至少两个不同的滤色器元件包括所述第一滤色器元件和所述第二滤色器元件。

2.根据权利要求1所述的光学生物特征成像装置，其中，所述图像传感器是薄膜晶体管图像传感器。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的光学生物特征成像装置，其中，所述图像传感器的每个光电检测器像素被不透明部分(305；405；705)部分地覆盖。

4.根据权利要求3所述的光学生物特征成像装置，其中，每个光电检测器像素的被相应滤色器元件覆盖且不被不透明部分覆盖的区域是同样的。

5.根据权利要求3所述的光学生物特征成像装置，其中，每个光电检测器像素的被相应的第一滤色器元件和第二滤色器元件覆盖且不被不透明部分覆盖的区域是不同的。

6.根据权利要求3所述的光学生物特征成像装置，包括不透明掩膜层，所述不透明掩膜层被布置成覆盖所述滤色器元件中的每个滤色器元件的部分，从而在每个滤色器元件上限定不透明部分。

7.根据权利要求3所述的光学生物特征成像装置，其中，所述不透明部分被布置在与光学上透射的滤色器元件相同的层中。

8.根据权利要求1或2所述的光学生物特征成像装置，其中，光电检测器像素上的所述第一滤色器元件的布局和所述第二滤色器元件的布局在所述光电检测器像素阵列中重复。

9.根据权利要求1或2所述的光学生物特征成像装置，其中，所述透明的显示面板包括颜色可控光源。

10.根据权利要求9所述的光学生物特征成像装置，其中，每个滤色器阵列中的滤色器元件的光谱透射带被配置成与来自所述颜色可控光源的发射光的相应颜色相匹配。

11.根据权利要求9所述的光学生物特征成像装置，其中，不同滤色器阵列中的滤色器元件的光谱透射带至少部分地分隔开。

12.根据权利要求1或2所述的光学生物特征成像装置，其中，所述滤色器被夹在所述图像传感器与透明基板之间。

13.根据权利要求12所述的光学生物特征成像装置，其中，所述光重定向元件阵列是微透镜阵列。

14.根据权利要求13所述的光学生物特征成像装置，其中，每个微透镜被布置成将光重定向到所述光电检测器像素阵列中的像素的子阵列(120)上。

15.根据权利要求13所述的光学生物特征成像装置，其中，所述微透镜阵列被布置在所述透明基板上，所述透明基板被布置成覆盖所述图像传感器。

16.根据权利要求13所述的光学生物特征成像装置，包括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单独的开口(116)，其中，每个微透镜位于所述不透明层中的相应开口中。

17.根据权利要求1或2所述的光学生物特征成像装置，包括：

透明基板，其被布置成覆盖所述图像传感器；

其中，所述光重定向元件是被布置成覆盖所述透明基板的透射掩模，其中，所述透射掩模包括形成编码孔的多个开口，所述编码孔被配置成将与所述光学生物特征成像装置的外表面接触的对象的编码图像投影到所述图像传感器上；以及

图像传感器电路，其被配置成捕获与投射到所述图像传感器上的所述编码图像相对应的图像。

18.根据权利要求1或2所述的光学生物特征成像装置，其中，所述光重定向元件阵列是准直器阵列，每个准直器被布置成将光重定向到所述光电检测器像素阵列中的一个像素上。

19.一种电子装置(200)，包括：

透明显示面板；

根据前述权利要求中任一项所述的光学生物特征成像装置，以及

处理电路，所述处理电路被配置成：

接收来自所述光学生物特征成像装置的信号，所述信号指示触摸所述透明显示面板的手指的指纹，

基于所检测的指纹来执行指纹认证过程。

20.根据权利要求19所述的电子装置，其中，所述电子装置是移动装置。

21.一种用于使用光学生物特征成像装置获取指纹图像的方法，所述光学生物特征成像装置被布置在至少部分透明的显示面板下方，所述显示面板包括颜色可控光源和光电检测器像素阵列(109)，其中，每个光电检测器像素至少部分地被至少两个不同的滤色器元件覆盖，使得每个光电检测器像素接收与所述至少两个不同的滤色器元件对应的至少两个不同的光谱透射带中的光，其中所述至少两个不同的滤色器元件包括第一滤色器元件和第二滤色器元件，所述方法包括：

利用与相应滤色器元件的光谱透射带匹配的不同颜色的光顺序地(S102)照射手指；

针对所述不同颜色中的每个颜色，使用所述光电检测器像素阵列来捕获(S104)相应的滤色指纹图像；以及

组合(S106)所述滤色指纹图像以形成结果指纹图像。

22.根据权利要求21所述的方法，包括：

利用第一颜色的光照射(S202)手指；

捕获(S204)第一滤色指纹图像；

利用第二颜色的光照射(S206)所述手指；

捕获(S208)第二滤色指纹图像；以及

组合(S210)所述第一滤色指纹图像和所述第二滤色指纹图像，以形成结果指纹图像。

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