CN208013965U

CN208013965U - 用于减轻莫尔效应的显示器下光学指纹传感器布置结构

Info

Publication number: CN208013965U
Application number: CN201820261987.6U
Authority: CN
Inventors: B.L.麦基; R.J.格罗夫
Original assignee: Synaptics Inc
Current assignee: TIANJIN JIHAO TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: US20180239941A1; WO2018156477A1; US10311276B2; CN113591688A; CN108460349A

Abstract

本实用新型涉及一种用于减轻莫尔效应的显示器下光学指纹传感器布置结构，具体公开了用于使具有感兴趣的结构特征的生物辨识特征对象成像的电子装置的系统和方法。所述电子装置包括：显示器，所述显示器包括成行的像素元件，所述成行的像素元件平行于沿第一轴线的第一主要方向；以及光学传感器，所述光学传感器被安装在所述显示器下方，所述光学传感器平行于沿第二轴线的第二主要方向。第二轴线相对于第一轴线以一角度旋转以将莫尔图案调整成在所述感兴趣的结构特征的频率范围之外。

Description

用于减轻莫尔效应的显示器下光学指纹传感器布置结构

技术领域

本公开大体涉及光学传感器，并且更具体地涉及减轻莫尔效应的显示器下光学指纹传感器布置结构。

背景技术

物体成像被用于各种应用中。例如，生物辨识特征识别系统使生物辨识特征对象成像以用于鉴别和/或验证包括识别系统的装置的用户。生物辨识特征成像提供了可靠的非侵入方式来出于识别目的验证个体身份。各种类型的传感器可被用于生物辨识特征成像。

指纹像其他生物辨识特征一样是基于独特的个人特征并且因此为识别个体提供了可靠机制。因此，指纹传感器具有许多潜在应用。例如，指纹传感器可被用于提供在静止应用（例如安全检查站）中的访问控制。指纹传感器也可被用于提供在移动装置中的访问控制，该移动装置例如手机、可穿戴智能装置（例如，智能手表和活动追踪器）、平板电脑、个人数据助理（PDA）、导航装置、以及便携式游戏装置。因此，一些应用，特别是与移动装置有关的应用，会需要既尺寸小又非常可靠的识别系统。

在大多数移动装置中的指纹传感器是电容性传感器，其具有被构造成感测指纹的脊和谷特征的感测阵列。典型地，这些指纹传感器或者检测绝对电容（有时被称为“自电容”）或者检测转移电容（有时被称为“互电容”）。在任一情况下，在阵列中的每个感测元件处的电容根据是否存在脊或谷而变化，并且这些变化被电学检测以形成指纹的图像。

虽然电容性指纹传感器提供某些优点，不过大多数商业可获得的电容性指纹传感器难以遍及较大距离感测到精细的脊和谷特征，从而需要指纹接触靠近感测阵列的感测表面。电容式传感器穿过厚的层来检测指纹仍然是一个重大的挑战，该厚的层例如是保护许多智能手机和其他移动装置的显示器的厚的玻璃盖片（cover glass）（有时被称为“盖板玻璃（cover lens）”）。

光学指纹传感器提供对于电容性指纹传感器而言的替代品。最近，已经试图在显示器的活动区域中（例如在移动装置的显示器下）实施光学指纹传感器。例如像素和子像素的显示部件通常将由于显示部件的重复性而具有周期性。类似地，在可被安装在显示器下方的光学传感器上的各个光学传感器元件将具有它们自身的周期性。光学传感器元件和显示部件的组合周期性会导致莫尔效应，从而导致指纹图像的一些部分具有亮区和暗区，这进而会干扰分析例如脊和谷的指纹特征。

实用新型内容

一种实施例提供了一种用于使具有感兴趣的结构特征的生物辨识特征对象成像的电子装置。所述电子装置包括：显示器，所述显示器具有成行的像素元件，所述成行的像素元件平行于沿第一轴线的第一主要方向；以及光学传感器，所述光学传感器被设置在所述显示器下方，所述光学传感器平行于沿第二轴线的第二主要方向。所述第二轴线相对于所述第一轴线具有角度，并且其中，所述角度将莫尔图案频率调整成在对应于所述感兴趣的结构特征的频率范围之外。

另一实施例提供一种电子装置。所述电子装置包括：显示器，所述显示器具有成行的像素元件，所述成行的像素元件平行于第一主要轴线；以及光学传感器，所述光学传感器具有成行的感测元件，所述成行的感测元件平行于第二主要轴线，所述光学传感器被构造成使指纹成像。所述光学传感器被设置在所述显示器下方并且被定向成使得所述第二主要轴线相对于所述第一主要轴线以角度Ɵ旋转，当使所述指纹成像时，所述角度Ɵ足以降低图像上的莫尔效应。

再一实施例提供了一种用于确定相对于显示器安装光学传感器所呈的角度以减轻莫尔图案的装置，所述装置包括：第一构件，所述第一构件被构造成确定所述显示器的部件的频率；第二构件，所述第二构件被构造成确定所述光学传感器的部件的频率；第三构件，所述第三构件被构造成确定莫尔图案的频率；以及第四构件，所述第四构件被构造成基于所述显示器的部件的频率和所述传感器的部件的频率确定所述角度，其中，所述角度调整所述莫尔图案的频率。

又一实施例提供了一种用于确定相对于显示器安装光学传感器所呈的角度以减轻莫尔图案的方法。所述方法包括：确定所述显示器的部件的频率；确定所述光学传感器的部件的频率；确定莫尔图案的频率；以及基于所述显示器的部件的频率和所述传感器的部件的频率确定所述角度，其中，所述角度调整所述莫尔图案的频率。

附图说明

图1是示例性输入装置的框图。

图2是具有集成在活动显示区域内的光学传感器的电子装置的框图。

图3是示出电子装置的示例的侧视图的框图，所述电子装置具有集成在活动显示区域内的光学传感器。

图4A-4C示出光学传感器阵列和光学元件布置结构的俯视图的示例。

图5A-5B示出了显示器像素和子像素布置结构的示例。

图6是具有集成在活动显示区域内的光学传感器的电子装置的框图，其具有角度调整以减轻莫尔效应。

图7示出了来自具有和没有传感器调整的集成在活动显示器内的光学传感器的图像。

图8示出了来自具有和没有传感器调整的集成在活动显示器内的光学传感器的图像。

图9示出成角度地形成在片材（die）上的感测元件的替代性实施例。

图10示出了制造集成在显示器下的光学传感器的方法，其减轻了莫尔效应。

具体实施方式

下面的具体实施方式本质上仅是示例性的且并不意图限制本实用新型或者本实用新型的应用和使用。此外，不意图被在前述技术领域、背景技术、实用新型内容、附图说明、或下述具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论所约束。

描述了一种用于在显示器下使用的光学指纹传感器。显示器具有对应于各个显示像素和子像素的间距的周期结构。光学指纹传感器也具有对应于各个传感器像素或元件的间距的周期结构。一种解决方案是将光学指纹传感器设计成使得所有传感器元件直接落在显示器中的开口下方，例如落在显示器的没有被显示像素占据的区域下方。然而，难以将传感器设计成完全匹配显示器中的开口。当试图设计可用于具有不同几何构型和结构特征的各种显示器的光学传感器时，所述问题甚至变得更加复杂。在指纹传感器没有完全匹配显示器中的开口时，莫尔图案会出现在任何得到的指纹图像中。当莫尔图案的频率与感兴趣的特征（例如指纹脊和谷）的频率处于相同量级时，指纹图像的劣化的量的问题就特别突出。

本文所描述的光学指纹传感器被设计成通过如下方法来减轻莫尔效应：调整传感器元件相对于显示像素的角度或旋转，以使得莫尔图案的空间频率不干扰指纹图像。通过调整旋转角度，所公开的指纹传感器降低了莫尔效应幅值和/或导致莫尔频率处于感兴趣范围之外。特定旋转角度可以变化并且取决于显示结构（例如，像素、子像素、电极等等）和光学传感器结构（例如，传感器元件和诸如准直器的光学元件）的周期性。

来看附图，图1是具有传感器100的示例性电子装置102的框图。传感器100可被构造成提供到电子系统（也被称为“电子装置”）的输入。将理解的是，传感器100被描述为被安装在显示器下的光学生物辨识特征传感器（例如，指纹传感器）。显示器可包括其他传感器，例如触摸式传感器，其可使用任何合适的感测技术，包括但不限于电容性或光学感测技术。

电子系统的一些非限制示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如台式计算机、笔记本电脑、上网本、平板电脑、电子书阅读器、个人数字助理（PDA）、以及可穿戴计算机（诸如智能手表和活动追踪器装置）。实际上，本公开构想出具有显示器下的光学传感器的任意电子装置或系统。视情况而定，传感器100可使用如下中的任何一者或多者与电子系统的一些部分通信：总线、网络、以及其他有线或无线互联方式。示例包括I²C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF、以及IRDA。

传感器100被构造成感测由感测区120中的一个或多个输入对象140提供的输入。在一种实施例中，输入对象140是手指，并且传感器100被实施为指纹传感器（也被称为“指纹扫描仪”），其被构造成检测输入对象140的指纹特征。在另外的实施例中，传感器100可被实施为血管传感器（例如，用于手指静脉识别）、手形几何特征传感器、或接近度传感器（例如触摸板、触摸屏、和或其他触摸式传感器装置）。因此，传感器100更广义地被理解为是生物辨识特征传感器。

感测区120包含传感器100上方、传感器100周围、传感器100中、和/或传感器100附近的任意空间，在该空间中，传感器100能够检测输入（例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。具体感测区的尺寸、形状、以及位置可针对不同实施例而广泛变化。在一些实施例中，感测区120从传感器100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中。在各种实施例中，输入表面可由传感器元件处于其内的外壳的表面、由施加在传感器元件或任何外壳上的面板等提供。在一些实施例中，当感测区120被投射到输入装置的输入表面上时具有矩形形状。感测区120可包括显示器的全部区域或者显示器的仅一部分。

传感器100包括一个或多个光学检测器元件（或者“感测元件”）以用于检测用户输入并使输入对象成像。一些实施方式利用感测元件构成的阵列或者其他规则或不规则样式来检测并使输入对象140成像。一个或多个检测器元件检测来自从感测区的光。在各种实施例中，所检测的光可从感测区中的输入对象被反射、由感测区中的输入对象发射、或者是其某种组合。示例光学检测器元件包括光电二极管、CMOS阵列、CCD阵列、光电二极管、以及被构造成检测可见或不可见光谱中的光（诸如红外或紫外光）的其他类型的光传感器。光传感器也可是薄膜晶体管（TFT）或者薄膜二极管（TFD）。

一些光学实施方式提供了对感测区的照明。从感测区反射或散射的处于（一个或多个）照明波长中的光被检测以确定对应于输入对象的输入信息。感测区的照明可由显示像素（例如，OLED）、背光（backlighting）、或单独光源来提供。

一些光学实施方式依赖对输入对象的直接照明原理，根据构造该输入对象可与感测区的输入表面接触或者可与感测区的输入表面不接触。一个或多个光源和/或光导向结构可被用于将光引导到感测区。当存在输入对象时，该光从输入对象的表面被反射，该反射可以被光学感测元件检测到并且被用于确定关于输入对象的信息。

一些光学实施方式依赖内反射原理以检测与感测区的输入表面接触的输入对象。一个或多个光源可被用于以一角度在传输介质中引导光，其在感测区的输入表面处以该角度被内反射，这是由于在感测表面所限定的边界的相对侧处的不同折射率。由输入对象接触输入表面导致折射率跨过该边界是变化的，其改变了输入表面处的内部反射特性。如果使用受抑全内反射（frustrated total internal reflection，FTIR）原理检测输入对象，则通常可以实现更高对比度的信号。在这样的实施例中，光可以以一入射角被引导到输入表面，其以该入射角被全部内反射，除了输入对象与输入表面接触并且导致光部分地传输跨过这个界面的地方。这种情况的示例是存在手指被引导到由玻璃至空气的界面限定的输入表面。相比于空气，人皮肤的较高折射率导致以至空气的界面临界角在输入表面处入射的光被部分传输通过手指，否则在这种情况下所述光将在玻璃至空气界面处全部内反射。这种光学响应可以被系统检测到并且被用于确定空间信息。在一些实施例中，这可以被用于使小规模的指纹特征成像，其中入射光的内反射根据脊或谷是否与输入表面的该部分接触而不同。

一些实施方式被构造成提供跨越一、二、三或更高维度空间的图像。输入装置可具有根据例如所涉及的具体感测技术和/或感兴趣信息的规模（scale）的因素而在实施例之间不同的传感器分辨率。传感器100被实施为指纹传感器，其具有高到足以捕获指纹特征的传感器分辨率。在一些实施方式中，指纹传感器具有足以捕获细节部位（包括脊末尾部和分叉部）、方向场（有时被称为“脊流”）、和/或脊架构的分辨率。这些有时被称为水平1特征和水平2特征，并且在示例性实施例中，0.1 mm或更小的分辨率能够可靠地捕获这些特征。在一些实施方式中，指纹传感器具有足以捕获较高水平的特征的分辨率，所述较高水平的特征例如汗毛孔或边缘轮廓（即，各个脊的边缘的形状）。这些有时被称为水平3特征，并且在示例性实施例中，至少0.05 mm或更小的分辨率能够可靠地捕获这些特征。

在一些实施例中，指纹传感器被实施为放置式传感器（placement sensor）（也被称为“区域”传感器或者“静态”传感器）或者扫刷式传感器（swipe sensor）（也被称为“滑动”传感器或者“扫掠”传感器）。在放置式传感器实施方式中，传感器被构造成在用户的手指在感测区之上保持静止时捕获指纹输入。通常，放置式传感器包括能够在单个像帧（frame）中捕获指纹的所期望的区域的构成二维阵列的感测元件。在扫刷式传感器实施方式中，传感器被构造成基于用户的手指和感测区之间的相对运动捕获指纹输入。通常，扫刷式传感器包括构成线性阵列或窄的二维阵列的感测元件，其被构造成在用户的手指在感测区之上扫刷时捕获多个像帧。所述多个像帧然后可被重构以形成对应于指纹输入的指纹的图像。在一些实施方式中，传感器被构造成捕获放置式和扫刷式输入二者。

在一些实施例中，指纹传感器被构造成在单个用户输入中捕获相比用户指纹的整个区域更小的区域（在此被称为“部分”指纹传感器）。通常，由部分指纹传感器捕获的指纹的所得到的部分区域足够系统从指纹的单个用户输入中（例如，单次手指放置或者单次手指扫刷）执行指纹匹配。部分放置式传感器的一些示例成像区域包括100 mm²或更小的成像区域。在另一示例性实施例中，部分放置式传感器具有在20–50 mm²的范围内的成像区域。在一些实施方式中，部分指纹传感器具有与成像区域相同尺寸的输入表面。

虽然大体在图1中的指纹传感器的背景下描述输入装置，不过本公开的实施例包括其他的生物辨识特征传感器装置。在各种实施例中，生物辨识特征传感器装置可被构造成捕获用户的生理学生物辨识特征。一些示例性生理学生物辨识特征包括指纹图案、血管图案（有时被称为“静脉图案”）、掌纹、以及手形几何特征。此外，所描述的实施例应用于可被设置在显示器下方的任何光学传感器，例如使用被安装在或设置在显示器下的光学传感器感测显示器顶部上的区域。

在图1中，处理系统110被示出为与传感器100通信。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路系统部件中的部分或全部。在一些实施例中，处理系统可被构造成操作输入装置的硬件来捕获输入数据，和/或基于由传感器100捕获的输入数据执行生物辨识特征测定过程或者其他过程。

在一些实施方式中，处理系统110被构造成操作传感器100的传感器硬件来检测在感测区120中的输入。在一些实施方式中，处理系统包括被构造成利用输入装置的感测硬件驱动信号的驱动器电路系统和/或被构造成利用感测硬件接收信号的接收器电路系统。例如，用于光学传感器装置的处理系统可包括被构造成驱动通向一个或多个LED、LCD背光或者其他光源的照明信号的驱动器电路系统，和/或被构造成利用光学感测元件接收信号的接收器电路系统。

在一些实施例中，处理系统110包括电子可读指令，例如固件代码、软件代码、和/或类似物。在一些实施例中，处理系统110包括用于储存电子可读指令和/或其他数据（例如用于生物辨识特征识别的参考模板）的存储器。处理系统110可以被实施为传感器100的物理部分，或者可以在物理上与传感器100分开。处理系统110可使用总线、网络、和/或其他有线或无线互联方式与传感器100的一些部分通信。在一些实施例中，构成处理系统110的部件被放置在一起，例如在传感器100的（一个或多个）感测元件附近。在另外的实施例中，处理系统110的部件在物理上与靠近传感器100的（一个或多个）感测元件的一个或多个部件和在其他地方的一个或多个部件分开。例如，传感器100可以是联接到计算装置的外围设备，并且处理系统110可包括被构造成在计算装置的中央处理单元以及与中央处理单元分开的一个或多个IC（也许具有关联的固件）上运行的软件。

作为另一示例，传感器100可在物理上被集成在移动装置中，并且处理系统110可包括是移动装置的中央处理单元或其他主要处理器的一部分的电路和/或固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实施传感器100。在另外的实施例中，处理系统110执行与传感器相关联的功能并且也执行其他功能，例如操作显示屏、驱动触觉致动器、运行用于电子系统的操作系统（OS）等等。

处理系统110可被实施为操作处理系统110的不同功能的一组模块。每个模块可包括是处理系统110的一部分的电路系统、固件、软件、或其组合。在各种实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作硬件（例如感测元件、电极和显示屏）的硬件操作模块、用于处理数据（例如传感器信号和位置信息）的数据处理模块、以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括被构造成操作（一个或多个）感测元件来检测输入和/或使输入对象成像的传感器操作模块、被构造成识别动作表示（例如模式改变动作表示（gesture））的识别模块、以及用于改变操作模式的模式改变模块。在一个或多个实施例中，第一和第二模块可被包括在单独的集成电路中。例如，第一模块可被至少部分地包括在第一集成电路中，并且单独的模块可被至少部分地包括在第二集成电路中。另外，单个模块的一些部分可跨越多个集成电路。

在一些实施例中，处理系统110响应于直接通过采取一个或多个动作导致的在感测区120中的用户输入（或者用户输入的缺失）。示例动作包括解锁装置或者以其他方式改变操作模式以及GUI动作，例如光标移动、选择、菜单导航、以及其他功能。在一些实施例中，处理系统110将关于输入（或者输入的缺失）的信息提供到电子系统的某部分（例如，提供到电子系统的与处理系统110分开的中央处理系统，如果存在这样的分开的中央处理系统的话）。在一些实施例中，电子系统的某部分处理从处理系统110接收的信息以作用在用户输入上，例如以有助于全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。

在一些实施例中，处理系统110操作传感器100的（一个或多个）感测元件来产生指示感测区120中的输入（或输入缺失）的电信号。处理系统110可在产生提供到电子系统的信息时在电信号上执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可数字化从传感器元件获得的模拟电信号。作为另一示例，处理系统110可执行滤波或者其他信号调节。作为又一示例，处理系统110可减去或者以其他方式考虑到基线，使得信息反映电信号和基线之间的差。作为再一示例，处理系统110可确定位置信息、识别作为命令的输入、认证用户等等。

如所提到的，传感器100的感测区120叠覆显示屏的活动区域的至少一部分。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任意类型的动态显示器，例如有机LED（OLED）显示器。当然，将理解的是，所公开的实施例可以与是透明或半透明的其他类型的显示器一起使用。显示屏也可以是柔性或刚性的，并且可以是平坦的、曲形的、或者具有其他的几何构型。在一些实施例中，显示屏包括用于TFT电路系统和/或其他电路系统的玻璃或塑料基底，其可被用于提供可视性和/或提供其他功能。在一些实施例中，显示装置包括被设置在显示电路系统上方的盖板玻璃（有时被称为“玻璃盖片”），其可以是光学透明的且还提供输入装置的输入表面。示例盖板玻璃材料包括非晶质玻璃（其可被化学硬化）、蓝宝石、以及塑料。

图2是示出示例性电子装置200（例如，诸如智能手机或平板电脑的移动装置）的框图，其具有显示器204和光学生物辨识特征（例如，指纹）图像传感器202二者。显示器204包括各种像素和子像素（例如，红色、绿色、蓝色）208，这些像素被示意性示出但不按比例。像素和子像素大体上分别沿X轴线和Y轴线布置成行并成列。生物辨识特征传感器202包括感测元件阵列并且与显示器204集成，例如被安装在或者以其他方式被设置在显示像素下，使得生物辨识特征传感器202叠覆显示器204。虽然指纹传感器202被示出为仅占据显示器204的区域的一部分，不过将领会到的是，生物辨识特征传感器202可覆盖与显示器204的区域大体上同等范围的区域。如本文中更加具体描述的，生物辨识特征传感器202被调整（例如，旋转）成相对显示器呈一角度Ɵ以便降低莫尔效应。

图3示出被用于获取例如指纹的生物辨识特征对象301的图像的生物辨识特征光学图像传感器装置300的堆叠结构的示例。图像传感器装置300包括光学传感器302。光学传感器302包括感测元件阵列304和被设置在感测元件阵列304上方的可选的光学元件或光调节层306。光学传感器302被安装在或者以其他方式设置在显示器308下方。将理解的是，所述堆叠结构以简化方式被示出并且可包括其他层和/或部件。仅作为少数示例，叠覆层（例如，玻璃盖片或盖板玻璃）可被设置在显示器上方，并且各种纤维、粘性剂等可被插入在层之间。此外，确切的层将根据所使用的显示技术（例如OLED、LCD等等）而变化。

输入对象301的感测区被示出为在显示器308上方。顶表面310可形成感测表面，其为输入对象301（例如，指纹）提供接触区域。显示器308包括像素312的阵列，其被用于产生用户可见的图形、文字等。每个像素312可被进一步分解成子像素314，例如红色、绿色和蓝色子像素，其可被布置成各种样式，例如直线、矩形、三角形、条纹、对角线、PenTile样式。

虽然为了说明性目的大体在指纹（或者其他生物辨识特征）的背景下进行描述，但是输入对象301可以是要被成像的任意对象。大体而言，对象301将具有各种特征。例如，对象301具有脊和谷。由于它们的凸起性质，所以脊接触感测表面310。相比之下，谷不接触感测表面310，而是在输入对象301和感测表面310之间形成空气间隙。在指纹的情况下，例如，脊的频率是在大约2至3/mm的范围内，该特征可以使用感测元件阵列304被检测到并且被光学成像。例如毛孔、细节部位等的其他特征可被成像并且其类似地具有对应的空间频率范围。

感测元件阵列304检测来自输入对象301的光。合适的传感器阵列的非限制性示例是互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器阵列，不过系统和方法构想出任意合适的传感器阵列。感测元件阵列304包括能够检测入射光的强度的多个个体光学感测元件。感测元件形成感测元件阵列304，其可以是规则的样式（例如，矩形阵列）或者不规则的样式。传感器间距的示例将在大约1 μm至200 μm，具有1000/mm至5/mm的对应空间频率。

为了实现光学感测指纹和指纹尺寸的特征，从指纹反射的光可由光学元件306调节，光学元件306可例如是准直器、颜色过滤器、偏光器、或者其他光调节元件，以使得到达感测元件阵列304中的每个感测元件的光仅来自输入对象301上的位于该传感器元件正上方的（例如，与由感测元件阵列304限定的平面正交或接近正交的）小的位点（spot）。大体而言，光学元件306可设置有孔隙或准直器孔320的阵列，每个孔隙位于感测元件阵列304上的一个或多个光学感测元件的正上方。孔隙的间距可例如是大约50 μm，这对应于大约20/mm的空间频率。

如下文进一步描述的，光学传感器302的主要方向或取向（例如，感测元件构成的行或列的轴线）相对于显示器308的主要方向（例如，像素元件构成的行或列的轴线）旋转以便降低莫尔效应。这样的旋转可包括：使感测元件阵列304相对于显示器308旋转、使光学元件306（如果提供的话）相对于显示器308旋转、或者使感测元件阵列304和光学元件306二者旋转。光学元件306和/或感测元件阵列304的旋转程度取决于：与显示部件的周期性相比的它们相应的周期性、所得到的莫尔频率、以及所得到的莫尔频率干扰经成像的感兴趣的结构特征（例如指纹脊谷、毛孔、细节部位等）的程度。

图4A–4C示出各种传感器302（图3）部件的平面图。如下文所描述的，传感器302具有周期性。如结合图3所提到的，光学传感器302可包括光学元件和感测元件阵列。感测元件的周期性可与光学元件相同或不同。

图4A示出感测元件阵列400，其包括个体感测元件402构成的行和列。在示例中，行平行于X轴线并且列平行于Y轴线。虽然感测元件阵列400被示出为行和列构成的规则样式（例如，矩形），但是感测阵列400可被实施为不规则样式。而且，虽然各个感测元件402被示出为或多或少地彼此紧邻，但是感测元件402可彼此间隔分开。另外，虽然感测元件402被示出为具有矩形截面，但是该截面可以是任意几何构型。然而，大体而言，各个感测元件402彼此间隔开距离P，距离P代表感测阵列的间距或空间周期。因此，感测元件的空间频率（f）是P的倒数或者1/P。虽然图4A中的感测元件被示出为形成矩形阵列，但是可使用其他的规则或不规则样式，例如直线、三角形、PenTile样式。

图4B-4C示出了可选的光学元件的示例，例如如结合图3所描述的306。如所描述的，光学元件可被用于提供光调节以降低图像模糊。在图4B-4C中所示的特定实施例中，光学元件是准直器，不过可使用其他光调节器，例如颜色过滤器或偏光膜。在图4B中，准直器包括由侧壁414形成的孔隙412的矩形阵列。侧壁414可由吸光材料或阻光材料形成。孔隙412可以是空气间隙或者被填充有透明或半透明材料。在图4C中，准直器具有孔隙422的阵列，孔隙422具有圆形截面，其由挡光或阻光材料424中的开口形成。正如感测元件的情况（图4A），图4B-4C中所示的孔隙阵列可形成规则或不规则样式并且大体上遵循沿X轴线的行和沿Y轴线的列。如进一步示出的，每个个体光学元件（例如，准直器开口）均具有空间周期性或间距（P′）和对应的空间频率（f′）。虽然在图4B-4C中的孔隙被示出为形成矩形阵列，但是可使用其他的规则或不规则样式。

图5A-5B示出了显示器的显示像素和子像素的布置结构的各种示例。如图5A所示，像素大体上以形成行的直线方式延伸，其中每个像素502具有例如红色、绿色和蓝色子像素504。当然，显示器将通常具有多行像素。第一周期性（P1）和频率（1/P1）由相邻子像素504之间的距离限定。第二周期性（P2）和频率（1/P2）由相邻子像素502之间的距离限定。这些周期中的每个均与分析莫尔效应有关，并且因此与待被施加到传感器的相对于显示器的旋转有关。

例如，假定在每个像素之间的距离是60μm并且坚定在子像素之间的距离是20μm，则两个周期60μm和20μm（和大约16-17像素/mm和50子像素/mm的对应频率）与分析潜在莫尔效应的目的有关。

图5B示出显示像素样式的又一示例。在这种示例中，相邻的显示子像素之间的距离（例如，红色子像素512和绿色子像素514之间的距离）是P′1，且相邻的显示像素（例如，510和510′）之间的距离是P′2。P′1和P′2中的每个均形成用以就莫尔效应而言被考虑到的周期性。然而，在示例中，每个相邻像素（例如，510和510′）不与紧邻的像素相同，而是包括彼此镜像的子像素。例如，像素510的红色子像素512是像素510′的子像素512′的镜像。因此，存在附加周期性P′3，其是给定的子像素颜色以非镜像形式重复之前所具有的距离。

将理解的是，所说明的显示像素以简化形式被示出。显示像素可包括其他结构，例如可进一步增加显示器的周期性的电极。此外，所示出的具体布置结构是作为示例之用。可使用像素和子像素的任意布局（例如，直线、矩形、三角形、PenTile等等），且每个布局包括在确定适当旋转角度时被考虑的周期性。像素和子像素以及光学传感器元件的具体布局并不关键，只要结构的周期性在由于相对于显示器定位和调整（例如，旋转）传感器而导致对莫尔效应的减轻时得到考虑即可。

图6示出了电子装置600（例如移动电话），其具有显示器602和被安装在显示器下方的光学传感器604。如所示，电子装置600和显示器602包括沿着轴线X的轴线（或者方向）和沿着Y轴线的轴线。X轴线大体上代表显示像素行的方向（例如，像素行平行于X轴线），而Y轴线大体上代表显示像素列。为便于参考，X轴线（显示像素行的方向）将被称为显示器的主要方向。光学传感器604沿着轴线（或者方向）X′被安装，从而意味着光学传感器604上的感测元件构成的行平行于X′轴线。为便于参考，X′轴线（感测元件行的方向）被称为传感器的主要方向。如所示，X轴线和X′轴线之间存在角度Ɵ。该角度被选择以减轻莫尔效应。

选定的角度Ɵ将依赖于光学传感器和显示器的周期性。关于传感器，任意光学元素（例如，准直器）和传感器元件二者的周期性被考虑。另外，显示器的周期性可包含对多个周期性的考虑，例如每个子像素、像素、以及任何其他重复结构特征（例如电极）的周期性。主要考虑的是要避免在对应于感兴趣的特征的空间频率附近的空间频率处出现莫尔图案。例如，在指纹脊的情况下，将要避免在2-5/mm范围内的莫尔图案。在基本上不影响指纹图像的品质的情况下，可存在在感兴趣的频率之上或之下的莫尔频率量级。

作为简单示例，考虑具有单一频率f ₁（例如，像素/mm）的显示器和具有单一频率f ₂（例如，感测元件/mm）的感测元件阵列。另外，假设所期望的是光学获取具有大约2-3线/mm的脊间距空间频率的指纹图像。由于任意非旋转的感测元件和显示器像素阵列导致的莫尔频率将导致在f ₁±f ₂处的莫尔频率。如果莫尔频率在对应于感兴趣的特征的频率量级（2-3/mm）上，则会出现与指纹成像的显著干扰。因此，根据本文描述的方法和系统，光学传感器（例如，感测元件和/或光学元件的阵列）以角度Ɵ旋转，其中Ɵ被选择成使得可以显著缓解莫尔频率，例如莫尔频率被充分增加或降低到高于或低于对应于感兴趣的结构特征的频率。例如，在具有大约2-3/mm频率的指纹的情况下，小于1/mm或者大于10-20/mm的莫尔频率会是足够的。

结合图7-8示出了特定示例。例如，图7示出了在光学传感器相对于显示器不旋转的情况下（左侧）和旋转的情况下（右侧）被安装在显示器下的光学传感器获得的结果。特定示例包括具有44 μm的像素间距的显示器和具有50.8 μm的间距的光学传感器。在传感器相对于显示器不旋转的情况下，莫尔图案具有大约3/mm的频率，如由标记为704的虚线框所示。在右侧的示例示出了当传感器的主要方向相对于显示器的主要方向以大约26度的角度（例如，在所示的取向中距水平大约26度）旋转时的结果。注意到，在右侧的示例仍具有莫尔图案；然而，该图案为大约10/mm并且因此主要在指纹脊的空间频率的范围之外。

图8示出了具有48 μm的像素间距的显示器和具有50.8μm的间距的光学传感器。在左侧示例中，传感器相对于显示器不旋转，从而导致大约1/mm的由虚线框804绘出的莫尔图案，其同样接近感兴趣的指纹频率。在右侧示例中，传感器同样相对于显示器旋转大约26度。在右侧所示的旋转设计中，莫尔图案具有高频图案（近似10/mm），这提供了对莫尔图案的足够的减轻。

将领会到的是，已经提供了显示器和传感器间距以及旋转角度的特定示例来说明本文所描述的方法和系统。所述系统和方法可以与任何显示器和传感器间距一起使用，并且任何旋转角度可被使用，只要该角度给予对莫尔效应的适当水平的减轻即可。所述适当水平将根据具体应用而变化；然而，通常将足以准确成像和分析输入对象的感兴趣的特征（例如，在指纹的情况下是脊和谷）。旋转角度的示例是26-27度、20-30度、10-40度、以及1至90度。

与图6相比，图9示出了替代性光学传感器布置结构。在图9的实施例中，具有显示器900的电子装置包括光学传感器902。光学传感器902包括光学传感器片材（die）904和感测元件阵列906。将注意到，显示器900和传感器片材904不相对于X轴线旋转，例如，显示器900和传感器片材904的主要轴线是相同的并且平行于X轴线。然而，感测元件阵列906被形成在传感器片材中，使得感测元件阵列平行于X′轴线，且X′轴线相对于X轴线具有角度Ɵ，由此在感测元件阵列906和显示器900之间形成所期望的旋转以减轻莫尔图案。

还将注意到，片材（例如硅片材）包括没有被传感器元件阵列906占据的区域908，且未被占据的区域908是传感器片材904的主要部分，如大体所示的那样。这样的未占据的区域可被用于实施传感器电路系统以用于控制感测元件，例如，开启和关停元件、处理数据等等。

图10示出了制造用于安装在显示器下的光学传感器的方法，其包括旋转角度以减轻莫尔效应。在步骤1002中，确定感兴趣的特征的周期性或者频率。例如，在指纹传感器的情况下，确定指纹的空间信息的频率。这样的空间信息可对应于例如脊和谷、细节部位、毛孔等的特征。

在步骤1004中，确定显示部件的周期性或者频率。这样的部件可包括像素、子像素及其子集或超集以及其他部件（例如电极、液晶元件、和/或颜色过滤器，这里仅举几例）。

在步骤1006中，确定传感器部件的周期性或者频率。这些部件将通常包括传感器阵列的各个感测元件的间距和频率。如果使用光学元件，例如准直器，则也可考虑各个光学元件的周期性或者频率（例如，在孔隙之间的距离）。

在步骤1008中，确定适当的旋转角度。旋转角度将取决于对传感器和显示器的频率以及对产生的莫尔图案的分析。如果莫尔图案具有与感兴趣的特征相同量级的频率，则传感器被旋转足以减轻莫尔效应的选定角度（例如，使得莫尔图案具有一频率，该频率在量级上大于或小于感兴趣的特征的量级）。

所有参考文献（包括本文中引证的公开出版物、专利申请和专利）通过引用就此并入本文，其程度正如每篇参考文献被单独且具体提到通过引用将其全部并入本文中并且在本文中对每篇参考文献的全部内容进行阐述一样。

在描述本实用新型的背景中（尤其在所附权利要求书的背景中）使用的“一”、“一个”以及“所述”和“至少一个”以及类似术语要解释为覆盖了单数和复数意义两者，除非本文中另有指出或与文中内容明显矛盾。使用之后跟随一个或多个项目的列表的术语“至少一个”（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的一个项目（A或者B）或者所列项目中的两个或更多个的任意组合（A和B），除非本文中另有指出或与文中内容明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”应解释为开放式术语（即，意味着“包括但并不限于”），除非另有注明。本文中对数值范围的描述仅意图用作一种简略的表示方法，其单独表示每个单独的数值落入该范围内，除非本文中另有指出，并且每个单独数值被包括到说明书中，正如其在本文中被单独叙述一样。

可以采用任何合适的顺序执行本文中所描述的所有方法，除非本文中另有指出或与文中内容明显矛盾。本文中提供的对任何或所有示例或示例性术语（例如，“诸如”）的使用仅意图更好地阐明本实用新型，并且没有限制本实用新型的范围，除非另有要求。说明书中的语言不应解释为指出实践本实用新型所必须的但未要求的任何元件。

本文中描述了本实用新型的示例实施例。本领域的普通技术人员在阅读前述描述时将会明白这些示例性实施例的变化形式。本实用新型人期望本领域的技术人员酌情使用这些变化形式，并且本实用新型人意图以不同于本文中所具体描述的方式来实践本实用新型。因此，在适用法律的允许范围内，本实用新型包括所附权利要求书中叙述的主题的所有修改形式和等同形式。此外，本实用新型包含上面所描述的元素在其所有可能的变形形式中的任意组合，除非本文中另有指出或与文中内容明显矛盾。

Claims

1.一种用于使具有感兴趣的结构特征的生物辨识特征对象成像的电子装置，包括：

显示器，所述显示器包括成行的像素元件，所述成行的像素元件平行于沿第一轴线的第一主要方向；以及

光学传感器，所述光学传感器被设置在所述显示器下方，所述光学传感器平行于沿第二轴线的第二主要方向，

其中，所述第二轴线相对于所述第一轴线具有角度，并且其中，所述角度将莫尔图案频率调整成在对应于所述感兴趣的结构特征的频率范围之外。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述生物辨识特征对象是指纹并且所述感兴趣的结构特征的频率范围对应于脊和谷的频率。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述角度在20和30度之间。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述角度在26和27度之间。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述光学传感器包括具有成行的孔隙的光学元件以及具有成行的感测元件的传感器阵列，所述成行的孔隙和成行的感测元件平行于所述第二轴线。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述光学传感器包括具有成行的孔隙的光学元件以及具有成行的感测元件的传感器阵列，所述成行的孔隙平行于所述第一轴线并且所述成行的感测元件平行于所述第二轴线。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述光学传感器包括具有成行的孔隙的光学元件以及具有成行的感测元件的传感器阵列，所述成行的孔隙平行于所述第二轴线并且所述成行的感测元件平行于所述第一轴线。

8.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述光学传感器包括被安装在片材上的感测元件阵列，所述片材具有平行于所述第一轴线的主要轴线并且所述感测元件阵列具有平行于所述第二轴线的主要轴线。

9.一种电子装置，包括：

显示器，所述显示器具有成行的像素元件，所述成行的像素元件平行于第一主要轴线；以及

光学传感器，所述光学传感器具有成行的感测元件，所述成行的感测元件平行于第二主要轴线，所述光学传感器被构造成使指纹成像，

其中，所述光学传感器被设置在所述显示器下方并且被定向成使得所述第二主要轴线相对于所述第一主要轴线以角度Ɵ旋转，当使所述指纹成像时，所述角度Ɵ足以降低图像上的莫尔效应。

10.根据权利要求9所述的电子装置，其中，与未经旋转的光学传感器相比，所述角度Ɵ足以使所述莫尔效应的图案降低一量级。

11.根据权利要求9所述的电子装置，其中，所述成行的感测元件被设置在片材上，所述片材具有平行于所述第一主要轴线的第三主要轴线并且所述成行的感测元件平行于所述第二主要轴线。

12.根据权利要求9所述的电子装置，其中，所述角度Ɵ在20和30度之间。

13.根据权利要求9所述的电子装置，其中，所述角度Ɵ是27度。

14.根据权利要求9所述的电子装置，其中，所述光学传感器还包括准直器。

15.一种用于确定相对于显示器安装光学传感器所呈的角度以减轻莫尔图案的装置，包括：

第一构件，所述第一构件被构造成确定所述显示器的部件的频率；

第二构件，所述第二构件被构造成确定所述光学传感器的部件的频率；

第三构件，所述第三构件被构造成确定莫尔图案的频率；以及

第四构件，所述第四构件被构造成基于所述显示器的部件的频率和所述传感器的部件的频率确定所述角度，其中，所述角度调整所述莫尔图案的频率。

16.根据权利要求15所述的装置，还包括：

第五构件，所述第五构件被构造成确定感兴趣的特征的频率；所述感兴趣的特征对应于输入对象的结构特征；

其中，所述第四构件还被构造成选择所述角度以将莫尔图案的频率调整成高于或低于所述感兴趣的特征的频率。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第四构件还被构造成选择所述角度使得莫尔图案的频率在量级上高于或低于所述感兴趣的特征的频率。

18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述角度在25和30度之间。

19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一构件还被构造成确定像素和子像素的频率。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一构件还被构造成确定电极的频率。