CN1400666A - 光传感器系统及影像读取方法 - Google Patents
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Abstract
一种光传感器系统,包括:由多个呈二维排列的光传感器构成的光传感器阵列,它具有光接收表面;前光源,设置成与光接收表面留有间隙地相对,并照射物体的后表面,该物体的前表面置于光接收表面上。影像读取组件,它通过从所述第一光源发出并穿过所述物体的光来读取物体影像。
Description
相关申请
本申请基于2001年7月30日申请的在先日本专利申请No.2001-228972,并要求它的优先权,该文献的全部内容在这里被引用作为参考。
技术领域
本发明涉及光(电)传感器系统,它具有由二维排列的多个光传感器构成的光传感器阵列,本发明还涉及采用该光传感器系统的影像读取方法。
背景技术
近年来,已经在积极研究个体识别技术,以增强对计算机中存储的机密文件的访问、网络上的电子商务、以及进出重要的程序的安全防护功能。个体识别方法采用例如生物统计信息。具体地说,个体之间的指纹是不同的,并且一生也不会改变,因此可以作为实现个体识别的重要特征。因此,指纹核对设备被广泛地研究。
该指纹核对设备需要二维影像读取设备,它将手指用作要被感测的目标,并读取在目标表面上的细微三维结构。二维影像读取设备的一个示例是光传感器系统,它包括通过将光电转换元件(光传感器)排列成为二维矩阵而构成的光传感器阵列,并通过该光传感器阵列来读取指纹影像。这种类型的已知光传感器系统采用透射光传感器作为光电转换元件,并具有连接在后面上的照明光源。光传感器系统的示意性布置如图13、14A和14B所示。
该光传感器系统示意性地包括光传感器阵列101和照明光源(后光源)BL。在光传感器阵列101中,多个光传感器10在玻璃板GB的一个表面上排列成二维矩阵,并且通过用透明绝缘膜20覆盖光传感器阵列而形成光接收表面102。光源BL设置在光传感器阵列101中与光接收表面102侧相对的背面上。作为光传感器10,例如可以使用CCD。排列成矩阵的光传感器10由水平和竖直扫描电路(未示出)扫描和驱动。检测出对应于光传感器光接收部分上的入射光量而产生的电子空穴对数量,从而测量出所接收光的亮度。
为了用该光传感器系统来读取指纹影像,将手指放在光接收表面102上,并用自连接在光传感器阵列101的背面的光源BL的光进行照射。从光源BL发射出的光透过除光传感器10形成区之外的透明绝缘膜部分照射在手指表面上。光根据与光接收表面102接触的手指的指纹相对应的三维结构而被散射和反射。然后,带有与指纹相对应的亮/暗图案的反射光进入光传感器阵列101。
当手指接触光接收表面102时,指纹的脊部(突出部分)紧密地接触光接收表面102,并强烈地散射和反射来自光源BL的照射光。大量的光进入光传感器10,且脊部被检测为亮的(白色)。指纹的谷部(凹陷部分)不紧密地接触光接收表面102,来自光源BL的照射光在透明绝缘膜20和空气之间的界面处被较弱地散射。少量的光进入光传感器10,并且谷部被检测为暗的(黑色)。对应于指纹三维结构的亮/暗图案被以二维方式读取,从而读出指纹影像。
手指表面的状态、即人皮肤表面的状态由于个体皮肤的油脂分泌或保湿性差异而变化。皮肤表面状态也根据环境湿度、空气温度等变化。皮肤表面有细微的褶皱,即使指纹脊部的表面也有微细的褶皱。
图14A的放大视图显示出当手指的皮肤表面被适当量的油脂或水弄湿时在光传感器系统的指纹读取部分处的主要部分。图14B的放大视图显示出当手指的皮肤表面因为缺少油脂或水而干燥时的主要部分。
如图14A所示,如果手指具有适当湿润的皮肤,脊部就通过油脂、水等而紧密地接触光接收表面102。整个脊部强烈地散射和反射照射光,并且脊部和谷部可以被清晰地读取,从而精确地读出指纹影像。
相反,如果手指皮肤干燥的话,则如图14B所示,在脊部的皮肤表面有微细的褶皱,它使得其难以紧密地接触光接收表面102。脊部的凸起部分紧密地接触光传感器10,强烈地散射和反射照射光,并且被检测为亮的(白色)。脊部的凹入部分没有紧密地接触光接收表面并且被检测为暗的(黑色)。换句话说,即使是脊部,也在不同的区域被检测为亮的(白色)和暗的(黑色)。结果,脊部变得不清楚,从而难以精确地读出指纹影像。
发明概述
本发明的优点在于:具有由二维排列的多个光传感器构成的光传感器阵列的光传感器系统使用手指的指纹作为要被检测的手指,并且可以清晰地读出甚至是干燥手指的指纹影像,而且能够以均匀对比度来读取指纹影像,而不会在指纹影像中产生任何的对比度不均匀性。
本发明的优点还在于:在读取指纹影像时可以减小所使用的照明光源的功耗。
为了实现上述优点,本发明的光传感器系统包括:光传感器阵列,它由二维排列的多个光传感器构成并具有光接收表面;第一光源(前光源),它被设置成面对光接收表面,并照射放在光接收表面上的手指的后表面;以及影像读取部分,它通过接收由第一光源发出并通过手指的光来读取指纹影像。
在本发明中的影像读取部分包括:灵敏度调节读取部分,用来以多个影像读取灵敏度读取指纹影像;最佳影像读取灵敏度导出部分,它根据在各个影像读取灵敏度下由灵敏度调节读取部分所读取的指纹影像来导出适用于指纹影像读取操作的最佳影像读取灵敏度;以及影像读取灵敏度设定部分,将最佳影像读取灵敏度设定为影像读取灵敏度。最佳影像读取灵敏度导出部分根据读取的指纹影像的影像图案从像素数据中抽取每个影像读取灵敏度的最大值和最小值,计算数据范围,并且根据每个影像读取灵敏度的数据范围中的变化导出最佳影像读取灵敏度。
在本发明的光传感器系统中,前光源从手指的背面照射,并且已经穿过手指的光被接收。这可以减小手指表面和光传感器阵列的光接收表面之间的接触状态的影响。因此,即使是干燥手指的指纹影像也可以被清楚地读出。
前光源可以是白色光源,它在光接收表面上提供至少1000 lux(勒克斯)的照度。因为穿过手指的光波长主要落在红色区,所以前光源可以是红色光源,它在光接收表面上提供至少100 lux(勒克斯)的照度。在这种情况下,可以极大地减少光源的能量消耗。
为了获得上述效果,除了第一光传感器系统之外,本发明的第二光传感器系统包括:第二光源(后光源),它通过光传感器阵列照射放置在光接收表面上的手指的前表面。影像读取部分通过接收由第一光源发出并穿过手指的光以及从第二光源发出并被手指前表面反射的光来读取指纹影像。
后光源的使用可以补偿在只使用前光源时会发生的指纹影像对比度的任何不均匀性,由此可获得对比度(反差)均匀的指纹影像。
本发明的其它目的及优点将在以下说明书部分进行描述,其部分地可从说明书中明显看出,或可以通过本发明的实践来了解。采用以下特别指出的设备和其结合可以实现和获得本发明的目的和优点。
附图的简要说明
结合在说明书中并构成其一部分的附图显示出了本发明的实施例,并且与上面给出的概述和下面给出的实施例的详细说明一起用来解释本发明的原理。
图1的方框图显示出根据本发明第一实施例的光传感器系统的布置情况;
图2A的剖视图显示出在根据第一实施例的光传感器系统中的指纹读取部分的示意性结构;
图2B的放大剖视图显示出在图2A中指纹读取设备中读取的指纹的主要部分;
图3A和3B的视图显示出通过传统后光源方法读取的干手指指纹影像,以及通过根据第一实施例的前光源方法读取的指纹影像;
图4的流程图显示出第一实施例的光传感器系统的示意性操作过程;
图5A-5D的概念图用来解释当为了灵敏度调节进行指纹影像读取时在光接收表面上影像读取灵敏度的设定示例;
图6A的剖视图显示出用于本发明的光传感器系统的双门光传感器的结构;
图6B为双门光传感器的等效电路图;
图7的图表显示出由二维排列的双门光传感器构成的光传感器阵列的布置情况以及驱动电路的布置情况;
图8A-8D的时序图显示出双门光传感器系统的驱动控制方法;
图9的曲线图显示出当采用卤灯作为前光源时,作为已经穿过手指的光强度(标准化数值)的函数的波长分布;
图10的方框图显示出根据本发明第三实施例的光传感器系统的布置情况;
图11的放大剖视图显示出根据本发明第三实施例的光传感器系统的指纹读取部分的主要部分;
图12A和12B的视图显示出通过第一实施例的方法只采用前光源所读取的指纹影像,以及通过第三实施例的方法使用前、后光源所读取的指纹影像;
图13的剖视图显示出采用后光源的光传感器系统的指纹读取部分的示意性结构;
图14A的放大剖视图显示出当指纹皮肤被适当量的油脂或水弄湿时由图13的指纹读取部分读取的主要部分;
图14B的放大剖视图显示出当指纹皮肤干燥时由图13的指纹读取部分读取的主要部分。
优选实施例的详细说明
以下将根据在几个附图中显示的优选实施例来对根据本发明的光传感器系统和影像读取方法进行说明。
(1)第一实施例
图1是本发明第一实施例的光传感器系统布置的方框图。
如图1所示,第一实施例的光传感器系统100包括光传感器阵列101、门驱动器111、列开关或输出电路112、第一光源(前光源)FL、光源电源115以及控制器113。光传感器阵列101具有由二维排列的多个光传感器构成的光接收表面102。门驱动器111向光传感器阵列101的每个光传感器的门提供驱动信号,例如复位和读取信号。列开关112给每个光传感器提供预充电电压,并读出检测电压。前光源FL设置在光传感器阵列101的光接收表面102之上,并发出照射光。光源电源115控制前光源FL的开/关状态。控制器113控制门驱动器111、列开关112以及前光源FL,以读取目标影像(指纹影像),并控制光传感器的影像读取灵敏度。控制器113具有例如利用外部功能单元200交换读取指纹影像信息的界面功能,该外部功能单元200具有进行个体识别操作等的计算机。
光传感器阵列101和前光源FL构成以下指纹读取部分。
下面将对可以优选用于该实施例的光传感器结构、光传感器系统的电路布置、驱动控制方法等进行举例说明。
图2A的剖视图显示出根据第一实施例的光传感器系统中的指纹读取部分的示意性结构。图2B的放大剖视图显示出由图2A中指纹读取部分读取的主要部分。在图2A和2B中,与如图14A和14B所示的现有技术相同的附图标记表示相同的部件,以下省略其详细描述。
图2A所示的第一实施例的指纹读取部分包括光传感器阵列101、前光源FL和外壳F。前光源FL设置成使该前光源FL面对着光传感器阵列101的光接收表面102。前光源FL照射设在光接收表面102上的手指的背面。外壳F支撑前光源FL,覆盖光传感器阵列101,并具有用于手指插入的开口A。外壳F具有横向U形截面。该实施例利用以不同的程度透射照射光的人手指的特征。该光源被设置在手指的后侧以照射该手指,并且穿过手指的光被光传感器阵列101接收,以读取指纹影像。
图2A中的外壳F具有U形断面,但是不限于此,只要手指能够插入并且不被周围光照射而是尽可能地被前光源FL的光照射即可。当周围光基本恒定时,例如在室内,外壳F不必屏蔽外界光并且只需简单地撑起前光源FL。
作为前光源FL,该实施例采用其所发出的光的照度足以使光传感器10检测到穿过手指的光的光源。当光传感器10是双门光传感器(以下会详细描述)时,前光源FL可以是卤灯,它在没有手指时的光接收表面102上提供1000 lux(勒克斯)的照度。前光源FL不限于卤灯,可以是具有与光传感器10的波长灵敏性特征相对应的波长分布的前光源FL。例如,当光传感器10在可见光区域具有高的光接收灵敏性时,可以使用白色LED作为前光源FL。在这种情况下,可以减少前光源FL的功耗。
在这种布置中,如图2B所示,前光源FL发出并且穿过手指的光线从手指的皮肤表面散射。在指纹的脊部处,距离光传感器10的间隔小,从脊部发出的大多数散射光进入光传感器10。光传感器10所接收的光量大,脊部被检测为亮的(白色)。另一方面,在手指的谷部,距离光传感器10的间隔较大,从皮肤表面发出的光被广泛地散射。光线难以进入光传感器10,光传感器10所接收的光量小,谷部被检测为暗的(黑色)。在这种情况下,入射在光传感器10上的光量随着手指皮肤表面的凹/凸形状而改变,而与手指表面和光接收表面102之间的接触程度无关。因此,如图2B中心所示,即使由于皮肤表面上的褶皱而使得脊部没有令人满意地紧密接触光接收表面102,入射在光传感器10的光量也很难改变,因而脊部被检测为均匀的亮色(白色)。
也就是说,当手指的皮肤表面是干燥的并因此皮肤难以紧密地接触光传感器阵列102的光接收表面102时,则在如上所述采用后光源的传统方法中,光接收表面102和手指之间的接触状态会极大地影响指纹影像。结果是,传统的方法不能获得清晰的指纹影像。但是,在根据第一实施例使用前光源FL时,穿过手指并进入光传感器10的光的散射程度在手指的脊部和谷部之间变化。利用这一事实可以减少光接收表面102和皮肤表面之间接触状态的影响。因此该实施例的光传感器系统可以清晰地读取指纹影像,该影像由和指纹凸/凹图案相对应的亮/暗图案形成。
图3A和3B显示出对于干手指,采用传统后光源方法所读取的指纹影像和根据该第一实施例采用前光源所读取的指纹影像之间的比较。在图3A所示的传统后光源方法中,通过读取干手指所获得的指纹影像是不清楚的。由第一实施例获得的图3B所示的指纹影像显示出干手指的清晰指纹影像。
图4显示出光传感器系统的示意性操作流程图。以下参考图1所示的光传感器系统100的布置来描述该操作。
在光传感器系统的操作中,如图4中所示,将手指放置在光传感器阵列101的光接收表面上(步骤S11)。
然后,打开前光源FL(步骤S12)。可以将前光源FL保持为开启状态,但是优选的是每次使用的时候打开,以减小功耗。
读取指纹影像,同时在多个步骤中改变读取灵敏度(步骤S13)。进行用于灵敏度调节的指纹影像读取,从用于灵敏度调节的指纹影像读取的指纹影像导出可提供最高质量影像的影像读取灵敏度。
人手指的厚度、皮肤的颜色等在个体之间是不同的,周围的环境光也会进入该系统。在使用前光源时,这些因素改变了穿过手指的光量。另外,光传感器10的灵敏度特征可以随时间而改变。这种变化影响了读取指纹影像,并且读取灵敏度必须针对入射在光传感器10上的光量始终设置在最佳值上,以便获得高质量的指纹影像。在步骤S13和S14中进行灵敏度调节操作,以设定最佳读取灵敏度。灵敏度调节操作解决了在使用环境或光传感器中的特性变化,如上所述。该操作不必在每次使用前光源时进行,可以只在例如使用环境变化或指纹影像核对失败时进行。
在构成光传感器阵列101的每个光传感器10中,在步骤S13中设定的影像读取灵敏度可以在整个光接收表面102区域或在光接收表面102部分区域中所限定的检测区域中逐行改变。或者影像读取灵敏度可以每隔预定数量行而改变。或者可以使用预定的一个或多个行。或者影像读取灵敏度可以在光接收表面102的整个区域或每个检测区域35改变。
更具体地说,如图5A所示当光接收表面102由例如256×196像素(光传感器)构成时,可以在读取指纹的同时在所有的256行顺次改变影像读取灵敏度。或者,如图5B所示可以读取指纹,同时以多个行的间隔(在这种情况下是10行的间隔)或每多个行(例如10行)例如第10行、第20行……第180行以及第190行而顺次改变影像读取灵敏度。或者,可以在读取指纹的同时在第60-190行的行范围和第67-130列的列范围所限定的检测区域35内所有的行顺次改变影像读取灵敏度,如图5C所示。或者可以在读取指纹的同时以在检测区域35内的多个行的间隔(在这种情况下是10行的间隔)或每多个行(例如10行)例如第70行、第80行……第180行以及第190行而顺次改变影像读取灵敏度,如图5D所示。
在步骤S14中,通过提取使数据范围(动态范围)最大的影像读取灵敏度导出最佳影像读取灵敏度,其中该数据范围作为从例如基于在每个影像读取灵敏度的指纹影像的影像图案的亮度数据形成的像素数据的最大值和最小值之间的差值。但是,最佳影像读取灵敏度的导出不限于此。例如使动态范围最大的影像读取灵敏度可以利用从读取指纹影像的像素数据去除异常数据而制备出的数据中来提取。也可以从读取指纹影像的像素数据中提取使得动态范围最大的影像读取灵敏度,对所提取的影像读取灵敏度进行适当的校正,并且计算出最佳影像读取灵敏度。
之后,将读取灵敏度设定为所提取的最佳灵敏度(步骤S15)。
在设定的影像读取灵敏度下进行正常指纹影像读取(步骤S16)。
在正常指纹影像读取完成之后,在前光源FL不是始终打开的状态下将前光源FL关上(步骤S17)。
通过这些程序,以最佳影像读取灵敏度进行指纹影像读取。
在该第一实施例中,将光传感器10的影像读取灵敏度调整到最佳值以便准确地读取指纹影像。或者可以将光传感器10的影像读取灵敏度保持为恒定,控制光源电源115所供能的前光源FL的照度,从而获得最佳指纹影像,并将该照度设定为最佳值。在这种情况下,例如将影像读取灵敏度保持为恒定。在多个步骤中改变前光源FL的照度的同时,读取指纹影像。获得前光源FL的最佳照度,并在各自的照度根据读取指纹影像来设定。或者,可以控制前光源FL的照度,从而根据手指厚度或皮肤颜色而改变的所传送的光被保持为光接收表面102上的预定光量。根据这些方法,由和指纹的凸/凹图案对应的亮/暗图案所形成的指纹影像被清晰地读出。可以避免由于透射光量的改变而导致的指纹影像亮度不均匀。
用于该实施例的光传感器的布置没有特别的限制,可以使用各种光传感器例如CCD和CMOS传感器。如所熟知的那样,典型CCD是通过将光传感器例如光二极管或薄膜晶体管在硅基片上排列成矩阵而构成。通过水平和竖直扫描电路来检测与入射在光传感器光接收部分上的光量相对应产生的电子空穴对数量,以感测照射光的亮度。在采用CCD的光传感器的系统中,必须为光传感器单独设置选择光传感器的选择晶体管。随着象素数量的增加,光传感器系统变得更大。当能够使得光传感器系统小型化、并且能够在玻璃基板上廉价地形成、同时优选用于指纹影像读取的光传感器,研制了采用带有所谓双门结构的薄膜晶体管的光传感器(以下称为双门光传感器),它具有光传感和选择功能。以下详细描述双门光传感器和采用该双门光传感器的光传感器系统。
图6A是双门光传感器10的结构的截面图。图6B是双门光传感器10的等效电路。
双门光传感器10包括半导体薄膜41、n+型硅层47和48、源电极42、漏电极43、顶部门电极51、保护绝缘膜50以及底部门电极52。半导体薄膜41由无定形硅等制成。n+型硅层47和48分别在半导体薄膜41的两端形成。源电极42和漏电极43分别在n+型硅层47和48上形成。顶部门电极51在半导体薄膜41之上通过块绝缘膜44和上门绝缘膜45形成。保护绝缘膜50在顶部门电极51和绝缘膜45上形成。底部门电极52在半导体薄膜41之下通过下门绝缘膜46形成。该结构在透明绝缘基板49例如玻璃基板上形成。
双门光传感器10同样可以通过由半导体薄膜41、源电极42、漏电极43和顶部门电极51组成的上MOS晶体管以及由半导体薄膜41、源电极42、漏电极43和底部门电极52组成的下MOS晶体管构成。如图6B所示的等效电路,双门光传感器10可以被认为是两个MOS晶体管的结合,它们将半导体薄膜41作为共同通道区域,并具有TG(顶部门终端)、BG(底部门终端)、S(源终端)以及D(漏终端)。
保护绝缘膜50、顶部门电极51、上门绝缘膜45、块绝缘膜44以及下门绝缘膜46由相对于激发半导体层41的可见光来说为高透射率的材料制成。从顶部门电极51侧进入的光线穿过顶部门电极51、上门绝缘膜45以及块绝缘膜44,并进入半导体薄膜41。然后电荷(空穴)产生并聚集在通道区域。
图7显示出由二维排列的双门光传感器10构成的光传感器阵列的布置情况以及驱动电路的布置情况。如图7所示,光传感器阵列101由多个双门光传感器10、顶部门线103、底部门线104以及数据线107构成。双门光传感器10被排列成n×m矩阵。顶部门线103和底部门线104沿着行的方向连接顶部门光传感器10的顶部门终端TG和底部门终端BG。数据线107沿着列的方向连接双门光传感器10的漏终端D。驱动光传感器阵列101的驱动电路包括顶部门驱动器105和底部门驱动器106,他们分别连接在顶部门线103和底部门线104上,列开关108被连接至数据线107上。
标号φtg和φbg表示用于产生复位脉冲φTi和读取脉冲φBi(以下将详细描述)的控制信号;φpg表示控制预充电电压Vpg的施加时序的预充电脉冲。
在这种布置中,通过从顶部门驱动器105向顶部门终端TG(以下将详细描述)施加预定电压而实现光传感功能。通过从底部门驱动器106向底部门终端BG施加预定电压、将光传感器10的输出电压通过数据线107输出至列开关108、并且输出所接收的电压作为系列数据Vout,以实现读取功能。顶部门驱动器105和底部门驱动器106对应于图1的光传感器系统100中的门驱动器111,其中列开关108对应于输出电路112。
图8A-8D表示光传感器系统驱动控制方法的时序图。图8A和8D表示在光传感器阵列101的第i行上的检测操作时段(第i行的处理循环)。首先,图8A中所示的高压脉冲电压(复位脉冲;例如Vtg=+15V)被施加在第i行的顶部门线103上。这导致在复位时段Treset除去在第i行的双门光传感器10上累积的电荷的复位操作。然后在复位时段Treset结束施加低电压(例如Vtg=-15V)的偏压φTi。对通道区域进行电荷累积操作的电荷累积时段Ta开始。在电荷累积时段Ta,电荷(空穴)根据从顶部门电极侧进入的光量而被累积在通道区域。
在电荷累积时段Ta中,图8C所示的带有预充电电压Vpg的预充电脉冲φpg被施加给数据线107。在电荷被保持在漏电极43的预充电时段Tprch,向底部门线104施加图8B所示的高电压(例如Vbg=+10V)偏压(读取脉冲φBi)。然后将双门光传感器10打开,开始读取时段Tread。
在读取时段Tread中,累积在通道区域的电荷用来削弱施加给具有相反极性的顶部门终端TG的低电平电压(如Vtg=-15V)。底部门终端BG的电压Vbg形成n-通道,数据线107的电压VD倾向于根据漏电流从预充电电压Vpg而随着时间的流逝逐渐减少。也就是说,数据线107的电压VD的变化倾向取决于电荷累积时段Ta和所接收的光量。如图8D所示,当入射光量小时,电压VD逐渐减少,指纹影像是暗的,当入射光量大的时候,电压急剧减少,指纹影像是亮的。因此,通过在读取时段Tread的预定时间的流逝期间检测数据线107的电压VD或通过检测电压达到预定阀值的时间来转换入射光量。这种驱动控制对光传感器阵列101的每个行顺次进行。或者,在驱动脉冲彼此不重叠的时间彼此平行的驱动和控制各行。从而读出二维影像。
(2)第二实施例
在第一实施例中,前光源FL是以卤灯为白光源。图9显示出所测量的波长分布结果的实施例,其中波长分布是在使用卤灯作为前光源FL时穿过手指的光强度(采用100作为最大值而进行标准化)的函数。
众所周知的是,卤灯发出的光具有400-750nm的宽波长分布。如图9所示,在光透射过手指之后,在600-750nm的范围内、尤其是在640-700nm的波长范围内的光穿过了手指。在剩余波长范围的光难以穿过手指。换句话说,即使前光源FL发出的光是白光,真正穿过手指并进入光传感器的光的波长成分基本是红波长区域。剩余波长成分没有穿过手指并且是无用的。因此,可以使用只发出红光的光源作为前光源FL。在这种情况下,光源所发出的光被更有效地利用。
在这种情况下,可以采用照度低于白光源的光源。更具体地说,可以使用在没有手指的光接收表面102上提供至少100 lux(勒克斯)照度的红LED(发光二极管)。使用红LED作为前光源相对于使用白光源来说,照度减少至约1/10。结果是,极大地减少了光源的能耗。
使用红LED形成的廉价光源可以降低光传感器系统的成本。
(3)第三实施例
当采用上述前光源读取指纹影像时,手指难以接触靠近手指边缘的光接收表面102,外部光线容易进入光接收表面102。这是因为手指的表面是曲面,手指在长度方向的截面基本是半圆形的。读取指纹影像变亮(发白),对比度容易变得不均匀,特别是在手指的边缘处。图12A显示了一个指纹影像不均匀的示例。在指纹影像的上部的两侧形成了低对比度区域。
第三实施例解决了使用上述前光源的缺陷。该实施例采用前光源和后光源,它结合了第一实施例的前光源的方法和传统的后光源的方法,以获得对比度均匀的指纹影像。
图10是表示本发明第三实施例的光传感器系统的布置方框图。该光传感器系统除了第一实施例的光传感器系统的布置之外,还包括后光源电源116,以及设置在光传感器阵列101的与光接收表面102相对的后表面上的第二光源(后光源)BL。
图11是表示第三实施例的光传感器系统在指纹读取部分的主要部分放大视图。在图10和11中,与图8所示现有技术同样的附图标记表示同样的部件。
采用前光源FL和后光源BL的第三实施例可以通过光源来补偿在只使用前光源FL时产生的对比度不均匀。该实施例可以获得对比度均匀的指纹影像。
图12A和12B显示出只使用前光源FL的第一实施例所读取的指纹影像与采用前光源FL和后光源BL的第三实施例的方法所读取的指纹影像的比较。在图12A所示的通过只使用前光源FL获得的指纹影像中,在指纹影像上部两侧的亮度提高,产生低对比度区域。但是图12B的第三实施例的指纹影像没有这种低对比度区域,获得对比度均匀的指纹影像。
在第三实施例中,光传感器10的影像读取灵敏度可以类似于上述第一实施例中设定最佳影像读取灵敏度而进行调整。
在第一实施例中,光传感器10的影像读取灵敏度可以保持为恒定。前光源FL的照度可以被光源电源115来控制,以获得最佳指纹影像。在第三实施例中,后光源BL的照度也可以由后光源电源116来控制,以获得最佳指纹影像。
与第一和第二实施例类似,当前光源FL是白光源时,第三实施例可以采用例如卤灯,它在没有手指的光接收表面102上提供1000 lux的照度。当前光源FL是红光源时,第三实施例可以采用例如红LED,它在没有手指的光接收表面102上提供100 lux的照度。
光源BL(后光源)可以是具有100尼特(cd/m2)或更大的发光亮度的光源。
其它优点和改进对于该领域的普通技术人员来说是易于实现的。因此,本发明就其广义的方面而言不限于此处所示和描述的具体细节和代表性实施例。因此,可以进行各种改进,而不会脱离所附权利要求和其等效物所限定的本发明理念的精神或范围。
Claims (26)
1.一种光传感器系统,包括:
光传感器阵列,它由二维排列的多个光传感器构成并具有光接收表面;
第一光源,它设置成有间隔地面对光接收表面,并照射目标物体的后表面,该物体的前表面置于光接收表面上;以及
影像读取组件,它通过接收从所述第一光源发出并穿过所述物体的光来读取物体影像。
2.如权利要求1的系统,其特征在于,所述物体包括人的手指,所述物体影像包括手指影像。
3.如权利要求1的系统,其特征在于,所述第一光源发出白光,并在光接收表面上提供至少1000勒克斯的照度。
4.如权利要求1的系统,其特征在于,所述第一光源发出红光,并在光接收表面上提供至少100勒克斯的照度。
5.如权利要求1的系统,其特征在于,还包括外壳,它覆盖至少所述光传感器阵列和所述第一光源,该外壳具有开口,所述物体从该开口插入,该外壳具有光屏蔽特性。
6.如权利要求1的系统,其特征在于,还包括第二光源,它设置在所述光传感器阵列中与光接收表面相对的的一侧,并且通过所述光传感器阵列照射放置在光接收表面上的物体的前表面,以及
所述影像读取组件接收由所述第二光源发出并由设置在光接收表面上的物体的前表面所反射的光,并通过由所述第一光源发出并穿过物体的光一起来读取物体影像。
7.如权利要求6的系统,其特征在于,所述第二光源具有至少100尼特的发光照度。
8.如权利要求6的系统,其特征在于,所述影像读取组件包括照度调整部件,用于将所述第二光源的发光照度可变地控制成适合于读取最佳物体影像的值。
9.如权利要求1的系统,其特征在于,所述影像读取组件包括:
灵敏度调节读取部件,用于以多个影像读取灵敏度读取物体影像;
最佳影像读取灵敏度导出部件,用于根据所述灵敏度调整读取部件在多个影像读取灵敏度下读取的物体影像而导出适合于物体影像读取操作的最佳影像读取灵敏度,以及
影像读取灵敏度设定部件,用于将最佳影像读取灵敏度设定为影像读取灵敏度。
10.如权利要求9的系统,其特征在于,所述灵敏度调整读取部件的物体影像读取操作是通过相对于所述光传感器阵列中每隔预定行的光传感器逐步设定不同的影像读取灵敏度来进行的。
11.如权利要求9的系统,其特征在于,所述灵敏度调整读取部件的物体影像读取操作是通过对所述光传感器阵列的特定行上的光传感器逐步设定不同的影像读取灵敏度来进行的。
12.如权利要求9的系统,其特征在于,所述灵敏度调整读取部件的物体影像读取操作是在所述光传感器阵列的光接收表面的整个区域中或提前设置在光接收表面内的检测区域中进行的。
13.如权利要求9的系统,其特征在于,影像读取灵敏度通过调整在光传感器中的电荷累积时段来设定。
14.如权利要求9的系统,其特征在于,所述最佳影像读取灵敏度导出部件包括:
数据提取部件,用于根据所述灵敏度调整读取部件读取的物体影像的影像图案从象素数据中为每个影像读取灵敏度提取最佳值和最小值,
数据范围计算部件,用于根据象素数据的最大值和最小值为每个影像读取灵敏度计算象素数据的数据范围,以及
用于根据每个影像读取灵敏度数据范围中的变化导出最佳影像读取灵敏度的部件。
15.如权利要求14的系统,其特征在于,所述最佳影像读取灵敏度导出部件包括:
用于为各影像读取灵敏度比较数据范围并提取具有最大数据范围的影像读取灵敏度的部件;以及
用于根据所提取的影像读取灵敏度确定适合于读取操作的影像读取灵敏度的部件。
16.如权利要求14的系统,其特征在于,象素数据包括与物体影像的影像图案相对应的亮度数据。
17.如权利要求1的系统,其特征在于,所述影像读取组件包括照度调整部件,用于将由所述第一光源发出的光的照度可变地控制成为适合于读取最佳物体影像的值。
18.如权利要求1的系统,其特征在于,
光传感器包括光源和通过从半导体层所形成的通道区域形成的漏电极,以及至少在通道区域之上和之下通过绝缘膜形成的顶部和底部门电极;以及
该光传感器采用如下布置方式,其中顶部门电极作为第一门电极,底部电极作为第二门电极,第一和第二门电极中的一个用作光照射侧,电荷相应于光照射侧照射的光量而产生并累积在通道区域中。
19.一种光传感器系统中的影像读取方法,它通过具有由二维排列的多个光传感器构成的光传感器阵列的光传感器系统来读取物体影像,包括:
在光传感器阵列的光接收表面上设定物体的前表面;
从物体的后表面对设定在光接收表面上的物体进行第一照射;
进行接收光的影像读取,该光是在第一照射中照射物体的后表面并穿过物体的光,以及读取物体影像。
20.如权利要求19的方法,其特征在于,
所述物体包括人的手指,以及
所述物体影像包括指纹影像。
21.如权利要求19的方法,其特征在于,影像读取步骤包括从物体的前表面通过光传感器阵列对设置在光接收表面上的物体进行第二照射;以及
在影像读取步骤中,在第二照射中照射物体前表面并被物体前表面反射的光被接收,以连同在第一照射中穿过物体的光一起读取物体影像。
22.如权利要求21的方法,其特征在于,影像读取步骤包括将第二照射中光源的发光照度设定为适合于读取最佳物体影像的值。
23.如权利要求19的方法,其特征在于,影像读取步骤包括:
通过在多个步骤中改变影像读取灵敏度来读取灵敏度调整物体影像;
根据在灵敏度调整物体影像读取步骤中在多个影像读取灵敏度下读取的物体影像来导出适合于物体影像读取操作的影像读取灵敏度;以及
将所导出的影像读取灵敏度设定为物体影像读取操作中的读取灵敏度。
24.如权利要求23的方法,其特征在于,导出适合于物体影像读取操作的影像读取灵敏度的步骤包括:
根据在灵敏度调整物体影像读取步骤中读取的物体影像的影像图案象素数据,提取出用于每个影像读取灵敏度的最大值和最小值;
根据为每个影像读取灵敏度而提取出的象素数据的最大值和最小值,计算出每个影像读取灵敏度象素数据的数据范围,以及
根据每个影像读取灵敏度的数据范围中的变化导出适合于读取操作的影像读取灵敏度。
25.如权利要求24的方法,其特征在于,导出适合于物体影像读取操作的影像读取灵敏度步骤包括:
为各影像读取灵敏度比较数据范围,以提取具有最大数据范围的影像读取灵敏度;以及
根据所提取的影像读取灵敏度确定适合于物体影像读取操作的影像读取灵敏度。
26.如权利要求19的方法,其特征在于,影像读取步骤包括将在第一照射中照射物体后表面的光照度调整至适合于读取最佳物体影像的值。
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