CN117253264A - 用于光学直接记录如皮肤印纹等安全相关对象的设备 - Google Patents

用于光学直接记录如皮肤印纹等安全相关对象的设备 Download PDF

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CN117253264A CN202310716950.3A CN202310716950A CN117253264A CN 117253264 A CN117253264 A CN 117253264A CN 202310716950 A CN202310716950 A CN 202310716950A CN 117253264 A CN117253264 A CN 117253264A
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Abstract

本发明涉及一种用于光学直接记录安全相关对象(101)的设备，其层序列包括：覆盖层(401)，具有用于安全相关对象(101)的放置面(102)；传感器层(406)；含间隔结构(502)的间隔层(403)，以约束从放置面(102)入射的光小角度入射到传感器层(406)上；作为载体的衬底(407)。为了大放置面(102)上以良好对比度记录安全相关对象(101)，传感器像素(307)各有感光元件(303)和透光区域(304)，间隔层(403)由额外施加到传感器层(406)的间隔结构(502)或由现有凸起状功能元件形成的间隔结构(502)创建，并在每个感光元件(303)的入射孔径(308)区域内具有空隙(301)，其中填充介质的折射率远低于传感器层(406)和放置面(102)方向上相邻层的折射率。

Description

用于光学直接记录如皮肤印纹等安全相关对象的设备
技术领域
本发明涉及一种用于光学直接记录安全相关对象(如至少皮肤印纹)的设备，特别是用于记录指纹或掌印的乳突纹线来识别个人身份、医疗用皮肤部分、纺织品和食品，用于检测手指在显示器(例如移动设备的显示器)上的位置，可选地用于登记文件(例如护照、驾照和任何其他证明，如门票、登机牌等)。
背景技术
目前存在不同的构思来获取皮肤印纹来进行身份识别。为此，广泛采用了光学记录指纹。
根据所用传感器或其照明的实施方式，可以生成图像，其中皮沟显亮(FTIR原理)或皮丘显亮(非FTIR原理)。所用照明的角谱以及传感器与皮肤区域放置面之间光层的厚度和折射率对于成像具有决定性作用。
专利文献US 6,128,399A描述了一种具有层序列的指纹传感器结构，在其表面上放置手指。该文献公开的指纹传感器由带有照明元件的衬底和带有放置面的覆盖层以及光敏元件的二维矩阵组成。照明元件的发光通过不透明光敏元件之间的透明间隙到达要成像的对象或身体部位。光敏元件只能检测到不是由照明层直接发出而是从放置面方向到达光敏元件的光。
然而，照明元件也可以布置于光敏元件之间，例如参阅专利文献DE 102018122872A1。
这种层布置的问题在于，在基于TFT光学技术的扫描仪中，将放置面与光敏元件或照明层之间的最大距离限定为一半像素距离(像素间距)。如果对象发射的各类光锥都会完全被感光元件探测到(若不采取额外措施的情况下)，这会导致皮丘与皮沟之间的对比度不高，根据DE 102018122872 A1，可能阻碍布置于每个传感器元件上方严重受限的偏心阑孔。
可能存在多种不同方法来增加传感器平面与放置面之间的最大距离。来自皮丘或皮沟的光或者照光在放置面上的直接反光都可用于成像。
专利文献EP 3008662 B1描述了通过照光在放置面上的直接反光来成像。该文献中，由于折射率差异巨大，来自照明元件的光在放置面到空气的过渡处(即皮沟中)部分反射，在放置面到皮肤或皮丘的过渡处因折射率相似而大部分透射。透射光主要被手指吸收。因此，在直接反光成像中，皮沟显亮，而皮丘显暗。然而，直接反射的激发光占比极小(约4％)，因此建议约束入射角来增强皮丘与皮沟之间的对比度，具体方式是在每个传感器元件前方设置微透镜，或者仅每隔两行以条纹形式激活照明，而在无源行中激活传感器，由此交替切换激活照明和传感器像素。
此外，为了增强图像对比度，可以存在与每个光敏元件或传感器像素相关联的一个或多个孔径光阑来约束从放置面反射光的入射角，例如参阅专利文献WO 2017/045130A1、WO 2017/063119A1和US 2017/0017824A1。
专利文献US 10108841 B2公开了另一种类型利用扩散元件的角度约束。为此，扩散元件和孔径布置于照明层上方，使得来自放置面的光仅以有限的小角度入射到光电二极管。
专利文献DE 102018122917 A1描述了利用约束的照明光谱来增强对比度。
专利文献US 2017/0169274 A1公开了一种夹层状指纹识别装置，其层序列包括第一透明层(1-800μm)作为覆盖层(具有用于放置手指的放置面)、滤光层(具有数个通孔)、第二透明层和光学传感器或传感器层。在覆盖层下侧形成滤光层，光学传感器固定连接到滤光层，使得滤光层布置于第一透明层与光学传感器之间。滤光层用作调制入射光的空间滤光片，以抑制、切断或反射从指纹反射光中的倾斜入射部分。滤光层可以包含带有数个通孔的阻挡层来只许极小的入射角透光到传感器，或者包含反射层来反射大入射角，从而削弱倾斜入射光并实现降噪。然而，也可以利用数个空心柱来实现角度约束，空心柱之间填充不透明填料，从而小角度入射光只能通过空心体(直径为2-100μm)到达传感器。这样虽然大幅约束了光从放置面到达传感器层的角度范围，并因降噪而提高了指纹成像的对比度，但在阻挡层或柱层中制作通孔却十分复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提出一种光学直接记录安全相关对象(如至少皮肤印纹)的新颖方法，其中层序列允许在大放置面上以一致的良好对比度记录安全相关对象，而不会明显牺牲成像的亮度或辉度。
为了达成上述目的，本发明提供了一种用于光学直接记录安全相关对象(如至少皮肤印纹)的设备，该设备的层序列包含：覆盖层，具有用于安全相关对象的放置面；传感器层，具有排列成二维网格的传感器像素，其中感光元件只对来自放置面方向的光易感；具有间隔结构的间隔层，用以约束从放置面入射的光以小角度入射到传感器层上；作为层序列载体的衬底，其中，传感器像素各具感光元件和透明的透光区域，间隔层由额外施加到传感器层的间隔结构或由传感器层的现有凸起状功能元件形成的间隔结构创建，每个传感器像素与一个间隔结构相关联，从放置面方向观察，用于发射照明光的照明层布置于传感器层的感光元件的入射孔径的平面下方。
安全相关对象是皮肤区域(例如指纹、掌印或脚印)以及个人身份文件(例如身份证、护照、驾照、信用卡或名片)。
通过具有间隔结构的间隔层约束从放置面入射的光以小角度入射到传感器层上，以便增强记录安全相关对象的对比度。照明光入射后从安全相关对象发出的光称为散射光。从覆盖层的放置面直接反射的照明光称为直接反光。通过安全相关对象或经过安全相关对象射到放置面的光称为环境光。根据本发明，以大角度射到覆盖面上的环境光和散射光不应从放置面方向入射到传感器层上，或仅以尽可能最小的比例入射到传感器层上。
根据本发明，记录安全相关对象时，直接反光和从皮沟反射的散射光在成像中占主要比例。可发生直接反射的照明光到放置面的入射角约束为类似于全反射的临界角，这取决于折射率差异。从皮沟反射的散射光在成像中所占比例更大，因为皮沟形成气隙，皮沟与覆盖层的折射率差异大于皮丘与覆盖层的折射率差异。因此，从皮沟反射的散射光在放置面上朝向放置面垂线的折射渐增。
安全相关对象与传感器层之间的距离越大，记录期间成像的直接反光比例就越大。这是由于来自皮沟的反射光在各方向统计上均匀分布，而照明光到放置面的入射角越小，直接反射回的照明光就越多。
传感器层上方存在空隙，有利地，这些空隙各与正好一个感光元件相关联。这些空隙可以采取不同方式引入，填充有气体或气体混合物或者抽真空。这些空隙可以借助光阑结构作为传感器层的一部分、作为传感器的不平坦表面或覆盖层的不平坦底面的一部分或者作为间隔层的一部分引入感光元件上方。最后，间隔层的空隙填充材料的折射率可以低于间隔层上方沿放置面方向布置的层的折射率。
本发明重点是，所有来自放置面并到达感光元件的光都会预先撞击这样的空隙。这样，入射角大于间隔层上方那一层(其折射率高于间隔层空隙中介质的折射率)界面处的全反射临界角的光在该界面上被完全反射，从而阻止传感器记录。
有利地，从放置面方向观察，照明层布置于传感器层下方，并在照明层与传感器层之间具有空气层。这样就能将照明光的角谱约束到更小的角度范围内。照明层与传感器层之间的空气层即可用于增加照明距离，以便通过基本上垂直的低扩散度光束轮廓的定向照明对成像产生积极影响。
照明层可以具有可以集成到传感器层中感光元件之间的照明元件。这样就能增强用于光学直接记录安全相关对象的设备的紧凑度。
间隔层可以通过利用传感器层的现有凸起状功能元件来创建，其中凸起状功能元件(例如(非透明)二极管光阑)限定每个感光元件的入射孔径并约束其有源区域，形成间隔结构。这种现有凸起状功能元件也可以是电子结构，在其不透明区域上具有用来读取的感光元件。替选地，间隔层可以通过额外施加到传感器层的透明间隔结构来创建。气体、气体混合物(例如空气)或真空可以位于透明结构之间(至少位于每个感光元件上方的区域)，或者可以向传感器层的整个表面施加低折射率(n≤1.4)的透明固体介质。
二极管光阑可以例如由感光元件上方朝放置面方向突出的遮盖体或由阶梯状遮盖体来实现。另外，为了阻挡来自照明层的照明光并约束照明光的角度范围，传感器层的正下方可以布置有另外的二极管光阑层。二极管光阑由不透明材料制成。例如，二极管光阑可用诸如钼、铜、银或金等金属或合金。有利地，每个二极管光阑相对于侧光入射遮盖它所在的感光元件。
入射孔径是指光可经其射入传感器像素的区域。入射孔径可以例如是二极管光阑的透光区域。
特别有利地，二极管光阑设计为遮盖每个感光元件的区域。优选地，每个感光元件未被二极管光阑遮盖的区域介于20μm2至150μm2，每个二极管光阑成型为环绕未被二极管光阑遮盖的区域。优选地，每个二极管光阑的高度大于2μm但至少为600nm，以便能够用作间隔结构。
有利地，间隔层在间隔结构之间的空隙中填充有气体或气体混合物。然而，空隙也可以抽真空。优选地，间隔层中的空隙填充有气体混合物，有利地填充有空气。有利地，间隔层也可以填充有至少一种气体，如氮气、氩气、氦气或其他惰性气体。空隙也可以填充有氟化镁、氟化钙或低折射率光学胶(Optical Clear Adhesive，OCA)，例如NOA1315或NOA133。
放置面与传感器层之间可以存在附加的滤光层，以便滤除通过安全相关对象和/或经过安全相关对象到达放置面的环境光。通过滤光，环境光不能入射到传感器层上。滤光层优选地具有滤谱器，特别优选为低通或带通滤光器。
覆盖层与至少由衬底和传感器层形成的传感器可以通过真空键合建立连接。覆盖层与传感器也可以利用胶框通过所谓的气隙键合建立连接。覆盖层与传感器之间留有空气(或其他气体或气体混合物)。替选地，覆盖层与传感器可以通过折射率极低(≤1.4)的粘附层建立连接。
通过真空键合使传感器与覆盖层相互持久连接，同时保护传感器免受湿气等环境影响。为此，覆盖层置于传感器上，对覆盖层与传感器之间的层抽真空，覆盖层优选地仅在不含感光元件的区域的边缘，通过环境压力相对于层中的负压在覆盖层与传感器之间达成固定。围绕覆盖层和传感器的外缘采用胶框，如此固定的覆盖层在边缘处形成气密式密封。
特别有利地，通过真空键合在层间建立连接，从而可以再次移除这些层，又可以重新施加这些层。优选地，胶框或粘附层可通过热脱离。这样就能更换因使用而划伤的放置面或覆盖层。这在成本和资源方面十分有利。此外，覆盖层还通过传感器层与覆盖层之间呈现的负压来固定。
替选地，覆盖层可以通过粘附层固定在传感器上。胶框或粘附层可以由OCA或液态胶组成，并可位于传感器与覆盖层之间。有利地胶框或粘附层的厚度为3-50μm。
附图说明
下面结合附图对本发明实施例予以详述。图中：
图1a示出了根据本发明用于光学直接记录安全相关对象(手指作为安全相关对象)的设备的第一实施例的剖视图；
图1b示出了图1中根据本发明的设备的第一实施例的放大剖视图；
图2a示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的第二实施例的剖视图；
图2b示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的第三实施例的剖视图；
图2c示出了图2b中设备的第三实施例的俯视图；
图2d示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的第四实施例的剖视图；
图2e示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的第五实施例的剖视图；
图3示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的层序列的有利实施例的剖视图；
图4示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的第六实施例的剖视图；
图5a示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备的第七实施例的侧面剖视图；
图5b示出了传感器像素与二极管光阑的有利实施例的侧面剖视图；
图6a至图6f示出了通过传感器层的功能元件和单独间隔层形成间隔层来布置传感器像素和间隔结构的不同实施例的俯视图。
附图标记
101 安全相关对象
102 放置面
103皮丘(乳突纹嵴)
104皮沟(乳突纹谷)
106气隙(文件下方的皮沟中)
200 照明层
201 照明光
202 散射光
203 照明元件
204 直接反光
301 空隙
302 二极管光阑
303 感光元件
304 透光区域
305 有源传感器像素面
306 不透光传感器像素面
307 传感器像素
308 入射孔径
401 覆盖层
402 粘附层
403 间隔层
404 钝化层
405 二极管光阑层
406 传感器层
407 衬底
408 空气层
409 滤光层
500 传感器
501 胶框
502 间隔结构
具体实施方式
图1a示出了用于光学直接记录安全相关对象101的设备的第一实施例。所示的安全相关对象101是置于放置面102上的手指。放置面102是覆盖层401的表面。该设备包含传感器层406，传感器层406从放置面102方向观察布置于覆盖层401下方，并具有排列成二维网格的传感器像素307，传感器像素307具有感光元件303，感光元件303仅对来自放置面102方向的光易感。传感器像素307各有感光元件303和透明的透光区域304。从放置面102方向观察，传感器层406下方布置有衬底407，用作由传感器层406、间隔层403和覆盖层401组成的层序列的载体。可以从照明层200朝放置面102的方向发射照明光201。该设备还包含具有间隔结构502的间隔层403，在图1和图2所示的实施例中，间隔结构502呈透明，以使从放置面102入射到传感器层406的光约束为小入射角。间隔层403布置于覆盖层401与传感器层406之间，并由额外施加到传感器层406的间隔结构502或由传感器层406的现有凸起状功能元件形成的间隔结构502构建。间隔层403布置于传感器层406与放置面102之间。每个传感器像素307与间隔层403的间隔结构502相关联。
间隔层403在竖直方向上(即垂直于层叠中的层)的厚度优选为至少600nm。间隔层403在垂直方向上的厚度特别优选为至少600nm且至多2000nm。
安全相关对象101是皮肤区域(例如指纹、掌印或脚印)以及个人身份文件(例如身份证、护照、驾照、信用卡或名片)。当放置文件时，放置面102与安全相关对象101之间留有气隙106。记录文件时的对比度源于文件的明亮区域比黑暗区域更好地反射照明光201。
图1a中示出了安全相关对象101作为手指具有多道皮丘103和皮沟104，该手指放置在放置面102上。放置面102由耐腐蚀的透明覆盖层401的外表面形成，上面也可以同时放置多个手指101。覆盖层401可以例如由玻璃或陶瓷形成。关于光学记录放置的手指101，图1a基于三个传感器像素307示意性示出了传感器层406的结构。有利地，传感器像素307的透明透光区域304占整个传感器像素面的10-80％，优选地占整个传感器像素面的10-50％，特别优选地占整个传感器像素面的20-40％。
衬底407形成用于记录安全相关对象的设备101的层序列结构的基础。利用本领域公知为TFT(薄膜晶体管)技术的光刻工艺将导体、半导体和绝缘体施加于衬底407上。替选地，也可以通过印刷工艺(例如丝网印刷工艺)来制作各层。优选地，衬底407由透明材料制成，例如塑料或玻璃，以允许照明光201穿透，来自感测层406的传感器像素307的透光区域304方向的照明光201穿过整层序列并透过放置面102照亮安全相关对象101，例如手指或文件。
每个传感器像素307具有用于将光转换为电信号的感光元件303以及透明的透光区域304。感光元件303是光电二极管，其设计为不会探测到来自下方(即来自衬底407方向)的任何光。这一点是通过不透光的传感器像素面306来实现，如现有技术中公知的惯用手段，例如光电二极管下侧由不透明材料制成的光阑。感光元件303通常具有大约180°的张角并设计为从放置面102方向捕获预定波长范围内的光。优选地，传感器像素307探测可见辐射光谱中380nm至780nm之间的波长范围。为了记录符合FBI的图像，传感器层406优选地具有感光元件303之间不大于50.8μm的中心距，这对应于500ppi(每英寸像素)以上的分辨率。
图1b示出了图1a中根据本发明的用于光学直接记录安全相关对象101的设备的实施例的放大图，其中手指作为安全相关对象101。
图1b中照明光201的可能光路例如从下侧照亮手指的透光区域304之一指向放置面102的方向，导致在安全相关对象101(这里是手指)处选择性转换成散射光202。指向放置面102方向的照明光201射入覆盖层401并因折射率差异而经历折射。从照明层200发射的光或照明光201在覆盖层401上反射，或透射过覆盖层401到达安全相关对象101并作为散射光202发射。然而，由于覆盖层401与间隔层403之间的折射率差异，大角度入射到间隔层403上的散射光202不会到达感光元件303，而是在空隙301区域内从覆盖层401到间隔层403的过渡处受到全反射。如果间隔层403上的入射角小于全反射角，则光只能被感光元件303接收。
全反射角取决于间隔层403和覆盖层401的折射率。间隔层403可以填充有低折射率(n≤1.4)的固体介质、气体或气体混合物或者抽真空。覆盖层401必须对来自照明层200的照明光201至少部分透明，优选地由玻璃制成。如果覆盖层401由玻璃制成并且间隔层403填充有空气，则全反射临界角约为41°。如果放置面102与传感器层406之间的距离极大，则可有利地使用较高折射率(例如n≥1.7)的材料来代替玻璃以增大全反射临界角。
照明光201在放置面102上部分反射。这种直接反光204(又称菲涅尔反射)发生在覆盖层401到环境或安全相关对象101的过渡处，因为覆盖层401具有比周围环境或环境空气或安全相关对象101更高的光密度或折射指数。是否发生菲涅尔反射不仅取决于覆盖层401和周围环境或安全相关对象101的折射率，而且还取决于照明光201到放置面102上的入射角。对于光的垂直入射，照明光201在玻璃到空气过渡处的直接反光比例约为4％。这意味着，大部分照明光201透射过放置面102，只有小部分照明光201反射回作为直接反光204。直接反光204的临界角等于全反射临界角，即，例如对于玻璃到空气过渡处约为41°。如果直接反光204要对记录安全相关对象101做出重大贡献，则合理的是，传感器500与照明层200之间存在空气层408(尤其如图2a所示)，以便约束照明层201到放置面102的入射角。
可用于照明层200的显示器或背光源的出射角优选为10°至40°，特别优选为15°至20°。
相对于来自皮丘103的散射光202，间隔层403和二极管光阑302优选地探测到从皮沟104发射的直接反光204和散射光202。这是因为直接反光204具有照明光201可直接反射回的临界角，照明光201入射到放置面102上的入射角越小，直接反射回的照明光201就越多。直接反光204的出射角等于照明光201到放置面102上的入射角。皮沟104下方气隙106与覆盖层401之间的折射率差异大于皮丘103与覆盖层401之间的折射率差异，因此更大比例的照明光201在放置面102上反射以撞击像素的感光元件。
安全相关对象101与传感器层406之间的距离越大，记录期间成像时直接反光204的比例就越大。这是因为皮肤反射的光在各方向上基本均匀反射，而照明光201到放置面102上的入射角越小，直接反射回的照明光201就越多。由于上述效应，光束轮廓基本上垂直的定向照明可以对成像产生积极影响。
图2a示出了用于光学直接记录安全相关对象的设备101的第二实施例，该设备的层序列包括含放置面102的覆盖层401、含间隔结构502的间隔层403、含二极管光阑302的二极管光阑层405、含传感器像素307的传感器层406以及衬底407。传感器像素307各有感光元件303和透明的透光区域304。图2a所示的实施例中，衬底407与照明层200之间还布置有空气层408。所示的实施例中，空隙301是通过传感器的不平坦表面来创建。空隙301的面积或空隙301在水平方向上的长度应至少等于二极管光阑302在间隔层403中成像的全反射角，优选为41°或小于45°。
传感器层406上方设有与每个感光元件303相关联的空隙301。该空隙301可以采取各种不同方式引入，填充有气体或气体混合物或者抽真空。空隙301是间隔层403的一部分。它可以作为传感器500的一部分(借助于二极管光阑302)、作为一部分不平坦的传感器表面或作为下侧不平坦的覆盖层401引入感光元件303上方，该传感器500包括二极管光阑层405、传感器层406和衬底407。下述实施例中更详述了各种变型方案。重点是，存在空隙301时，理论上从放置面102到达感光元件303的所有光都会撞击空隙301。这样，在一层到间隔层403的过渡处会阻挡大于全反射临界角的角度。
二极管光阑层405布置于间隔层403与传感器层406之间。每个感光元件303均与施加于感光元件303上的二极管光阑302相关联。二极管光阑302在放置面102方向上的长度结合空隙301可以约束照明光201从放置面102方向的入射角。二极管光阑302用于实现提高分辨率，因为允许光从放置面102的较小区域到达感光元件303。所示的实施例中，空隙301呈液滴形，由虚线示意性示出了散射光202和直接反光204到达传感器层406的角度范围或入射孔径308。
图2b和图2c示出了用于光学直接记录安全相关对象101的设备的第三实施例。该设备包括含放置面102的覆盖层401、从放置面102观察布置于覆盖层401下方的传感器500(传感器500由传感器层406和衬底407形成)、间隔层403、空气层408和照明层200。覆盖层401与传感器500通过胶框501借助于气隙键合来建立连接。胶框501将覆盖层401粘接到传感器500。胶框501不应突出到布置有传感器像素307的传感器层406的区域内。通过胶框501固定覆盖层401，当安全相关对象101放置于其上时不会移动。使用胶框501固定覆盖层401又称气隙键合，因为覆盖层401与传感器500之间的间隔层403中产生气隙。
图2d示出了用于光学直接记录安全相关对象101的设备的第四实施例。该第四实施例中，覆盖层401通过真空键合施加到传感器500上。通过真空键合使传感器500与覆盖层401彼此持久连接，同时保护传感器500免受湿气等环境影响。覆盖层401的第一宽度小于传感器500的第二宽度。间隔层403侧向密封，以使间隔层403内部压力保持远小于环境压力。
图2e示出了用于光学直接记录安全相关对象101的设备的第五实施例。该设备包括含放置面102的覆盖层401、从放置面102观察布置于覆盖层401下方的传感器500(传感器500由传感器层406和衬底407形成)、含截锥形间隔结构502的间隔层403以及照明层200。覆盖层401与传感器500通过粘附层402建立连接。所示实施例中，粘附层402连续成型，因此必须对照明光201至少部分透明。由于未设空气层408，用于光学直接记录安全相关对象101的设备设计得更加紧凑。
用于光学直接记录安全相关对象的设备101的第五实施例具有滤光层409，其优选地包含滤谱器。滤光层409用于阻挡通过安全相关对象101和/或经过安全相关对象101到达放置面102的环境光。
图3示出了优选实施方案中用于光学直接记录安全相关对象101的设备的层序列的示意图。衬底407上布置有具有不透明感光元件303的传感器层406。每个感光元件303各与二极管光阑302相关联。层序列包括含放置面102的覆盖层401、含间隔结构502的间隔层403、含二极管光阑302的二极管光阑层405、含传感器像素307的传感器层406、含间隔结构502的间隔层403和衬底407。照明层200具有集成到传感器层406中感光元件303之间的照明元件203。照明层200和传感器层406即组合成一层。图3所示的层序列中还存在钝化层404，用于保护传感器层406免受外部影响。这里，钝化层500是传感器500的组成部分。钝化层404可以例如由有机材料(例如聚酰胺)形成。同时，间隔结构502作为粘合剂将覆盖层401连接到传感器500。覆盖层401和粘附层402也就组合成一层。通过组合层，用于光学直接记录安全相关对象101的设备可以设计得更加紧凑。粘附层402配置为仅在照明光201不会射到传感器像素307的感光元件303上的那些区域内存在粘合剂。粘合剂同时也用作间隔结构502。
图3还示意性示出了来自放置面102的光的某些光路。相对于图1b所示的实施例，这里的间隔结构502不透明。
图4示出了用于光学直接记录安全相关对象101的设备的第六实施例。层序列包括含放置面102的覆盖层401、含间隔结构502的间隔层403、含二极管光阑302的二极管光阑层405、含传感器像素307的传感器层406、含间隔结构502的间隔层403和衬底407。间隔层403由间隔结构502创建，间隔结构502由传感器层406的现有凸起状功能元件形成，传感器层406的功能元件是二极管光阑302。间隔层403和二极管光阑层405即组合成一层。
图5a示出了用于光学直接记录安全相关对象101的设备的第七实施例。层序列包括含放置面102的覆盖层401、粘附层402、钝化层404、含间隔结构502的间隔层403、含二极管光阑302的二极管光阑层405、含传感器像素307的传感器层406、含间隔结构502的间隔层403和衬底407。从放置面102观察，照明层200布置于空气层408下方。间隔层403由传感器层406的现有凸起状功能元件形成的间隔结构502创建，传感器层406的功能元件是二极管光阑302。间隔层403和二极管光阑层405即组合成一层。
图5b示出了二极管光阑302的结构示例。二极管光阑302以凸起呈阶梯形，包围气体或气体混合物，优选为空气。钝化层404在顶面102方向上自下而上地封闭二极管光阑蔽302。
图6a至图6f示出了传感器像素307和间隔结构502布置的不同实施例。图中仅示出间隔层403和传感器层406。所示的各实施例中，传感器像素307均呈网格状布置。
图6a中，有源传感器像素面305各自居中布置于不透光传感器像素面306上。间隔结构502均呈矩形围绕有源传感器像素面305施加到不透光传感器像素面306上。间隔结构502可同时用作二极管光阑302。不透明传感器像素面306之间存在透光区域304。
图6b示出了多个传感器像素307与间隔结构502相关联的实施例。图6b及后续附图中由虚线指明传感器像素307与间隔结构502相关联。间隔层403由额外施加到传感器层406的间隔结构502创建，有利地，间隔结构502呈透明。该实施例中，间隔结构502呈圆柱状。
图6c至图6f也示出了多个传感器像素307与间隔结构502相关联的实施例。
图6c示出了长方体状间隔结构502。间隔结构502延伸经过多个传感器像素307。
图6d所示的实施例中，类似于图6b，多个传感器像素307同样与间隔结构502相关联。然而，间隔结构502呈长方体形状。
图6e示出了如图6b那样存在圆柱状间隔物结构502的实施例。间隔结构502均布置于两列和两行传感器像素307之间。间隔结构502不一定布置于传感器像素307的各列和各行之间，而是也可以跳列和/或跳行。
图6f中实施例示出了立方体状间隔结构502各自布置于两列传感器像素307之间的类似布置。间隔结构502并非布置于各列传感器像素307之间，而是也可以跳列。
间隔层403可以具有不同设计的间隔结构502。传感器像素307也可以与多个间隔结构502相关联。

Claims (11)

1.一种用于光学直接记录安全相关对象(101)、如至少皮肤印纹的设备，其层序列包含：
覆盖层(401)，具有用于所述安全相关对象(101)的放置面(102)；
传感器层(406)，具有排列成二维网格的传感器像素(307)，所述传感器像素(307)各有感光元件(303)和透明的透光区域(304)，其中，所述感光元件(303)中位于一个平面内的入射孔径只能吸收来自所述放置面(102)方向的光；
间隔层(403)，具有间隔结构(502)，用以约束从所述放置面(102)入射的光以小入射角入射到所述传感器层(406)上；
衬底(407)，作为所述层序列的载体，
其特征在于，
每个传感器像素(307)与间隔结构(502)相关联，其中，
所述间隔层(403)由额外施加到所述传感器层(406)的间隔结构(502)或由所述传感器层(406)的现有凸起状功能元件以一定厚度形成的间隔结构(502)创建，
所述间隔层(403)至少在每个感光元件(303)的入射孔径(308)的区域内包含由所述间隔结构(502)保持自由的空隙(301)用于填充介质，该介质的折射率远低于所述传感器层(406)和所述放置面(102)方向上相邻层的折射率，
从所述放置面(102)方向观察，用于发射照明光(201)的照明层(200)布置于所述传感器层(406)的感光元件(303)的入射孔径(308)的平面下方。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述照明层(200)布置于所述传感器层(406)下方，所述照明层(200)与所述传感器层(406)之间存在空气层(408)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述照明层(200)具有集成到所述传感器层(406)中所述感光元件(303)之间的照明元件(203)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔层(403)由通过二极管光阑(302)或所述传感器层(406)的电子结构从所述传感器层(406)的现有凸起状功能元件形成的间隔结构(502)创建。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔层(403)由施加到所述传感器层(406)的优选透明的间隔结构(502)创建。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔层(403)的间隔结构(502)之间的空隙(301)填充有气体或气体混合物或者抽真空。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述间隔层(403)填充有氮气、氧气、氦气、氩气中至少一种气体或其中至少一种其中的气体混合物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述放置面(102)与所述传感器层(406)之间存在滤光层(409)，以阻挡靠近或经过手指的环境光到达所述放置面(102)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述覆盖层(401)与包含传感器层(406)和衬底(407)的传感器(500)通过真空键合建立连接。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述覆盖层(401)与包含传感器层(406)和衬底(407)的传感器(500)通过粘附层(402)建立连接。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述覆盖层(401)与包含传感器层(406)和衬底(407)的传感器(500)利用胶框(501)通过气隙键合建立连接。
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