CN210691343U - 生物特征成像装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种生物特征成像装置(100)和包括其的电子装置。所述生物特征成像装置(100)包括：图像传感器(102)，其包括形成光电检测器像素阵列的多个像素(104)；不透明层(106)，其包括位于与像素阵列的像素对准的位置的开口(108)，其中，不透明层中的开口填充有被配置成阻挡预定波长范围内的光的透明材料(110)；透明间隔层(112)，其被布置在不透明层上；以及微透镜(114)的阵列，其被布置在透明间隔层上，其中，微透镜与不透明层中的开口对准。

Description

生物特征成像装置及电子装置

技术领域

本实用新型涉及适于集成在显示面板中的光学生物特征成像装置。特别地，本实用新型涉及适于指纹感测的光学生物特征成像装置，其中，感测装置包括多个微透镜。

背景技术

生物特征系统被广泛用作用于提高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。特别是指纹感测系统现在被包括在所有新近发布的诸如移动电话的消费电子装置中的大部分中。

光学指纹传感器为人所知已有一段时间，并且在某些应用中，光学指纹传感器可以是例如电容式指纹传感器的可行的替选。光学指纹传感器可以例如基于小孔成像原理并且/或者可以采用微通道(即，准直器或微透镜)来将入射光聚焦到图像传感器上。

US 2007/0109438描述了一种可以用作指纹传感器的光学成像系统，在该系统中，微透镜被布置成将光重定向到检测器上。在所描述的成像系统中，每个微透镜构成采样点，并且微透镜被彼此靠近地布置以提高图像分辨率。为了避免混合从相邻微透镜接收到的光，在微透镜与检测器之间布置微通道或孔径。

然而，为了实现高分辨率传感器，必须使微透镜要小并且以高精度制造微透镜，使得制造工艺复杂且对变化敏感，并且包括小的微透镜的所描述类型的传感器也将对覆盖传感器的任何层的透射率的空间差异敏感。

因此，期望提供一种改进的光学指纹感测装置。

实用新型内容

鉴于现有技术的上述和其他缺点，本实用新型的目的是提供一种适于在电子用户装置中的显示器盖玻璃下方使用的改进的生物特征成像装置。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种生物特征成像装置，其特征在于，包括：图像传感器，其包括形成光电检测器像素阵列的多个像素；不透明层，其包括位于与像素阵列的像素对准的位置的开口，其中，不透明层中的开口填充有被配置成阻挡预定波长范围内的光的透明材料；透明间隔层，其被布置在不透明层上；以及微透镜的阵列，其被布置在透明间隔层上，其中，微透镜与不透明层中的开口对准。

此处，除开口之外，不透明层应被认为对可见光是非可穿透的，开口被配置成使得允许的波长范围内的光能够在没有损失或损失最小的情况下穿过孔径。优选地，阻光层的厚度大于阻光层中的开口的尺寸，其中，开口的尺寸可以被限定为圆形开口的直径。

阻光层是被布置为透明间隔层上的掩模的层。阻光层被配置成防止尚未穿过微透镜的光到达成像装置。因此，阻光掩模层优选地覆盖除微透镜的位置之外的、成像装置的最上表面的全部。阻光层也可以与微透镜略微交叠，这意味着阻光层中的开口小于微透镜。

可以例如以六边形或直线网格布置来布置位于透明间隔层上的微透镜，以形成阵列。

位于不透明层的开口中的透明材料优选地是阻挡IR区域中的光的层，并且该材料因此可以被称为IR截止材料。因此，该材料用作滤光器，在日光下使用生物特征成像装置时，该滤光器特别重要。根据本实用新型的一个实施方式，透明材料被配置成阻挡具有高于约550nm至600nm的波长的光，从而减少到达图像传感器的红外波长范围内的光的量。

根据本实用新型的一个实施方式，不透明层中的开口的尺寸与图像传感器中的像素的尺寸相同。此外，不透明层中的开口小于微透镜的尺寸。由此，穿过微透镜的光束在其穿过不透明层时变窄。

根据本实用新型的一个实施方式，不透明层中的开口小于微透镜的尺寸。此外，不透明层中的开口小于图像传感器中的像素的尺寸。由此，不透明层上的开口将起使到达图像传感器的各个像素的光束变窄的作用。作为示例，开口的尺寸可以在像素尺寸的1/10到近似等于像素尺寸的范围内。

根据本实用新型的一个实施方式，不透明层的厚度大于不透明层的开口中的透明材料的高度，并且不透明层覆盖透明材料的一部分。由此，不透明层原则上可以在一个层或同一层中形成尺寸不同的两个开口或孔径。

根据本实用新型的一个实施方式，生物特征成像装置还包括位于不透明层与图像传感器之间的孔径层，该孔径层包括比不透明层的开口小的开口。孔径层起进一步使到达像素的光束变窄的作用，从而减少到达像素的杂散光的量并且防止像素光学串扰。

根据本实用新型的一个实施方式，孔径层是图像传感器中的顶部金属层。可以使用包括多个金属层的CMOS工艺来制造图像传感器，并且通过使用CMOS芯片的顶部金属层作为孔径层，因为不需要形成孔径层的附加步骤，因此简化了生物特征成像装置的制造过程。

根据本实用新型的一个实施方式，孔径层可以被布置在图像传感器上。然后，将孔径层设置为布置在图像传感器上的独立层。在图像传感器与孔径层之间还可以存在附加的间隔层。

根据本实用新型的一个实施方式，生物特征成像装置还可以包括位于相邻的微透镜之间的阻光层。由此，生物特征成像装置可以具有稀疏布置的微透镜，在相邻微透镜之间具有间隙，而在没有微透镜的位置处没有光泄漏。然而，也可以存在以下实施方式，其中，微透镜被密集地堆装，相邻微透镜之间几乎没有间隔或没有间隔，在这种情况下，在微透镜之间不需要阻光层。

根据本实用新型的一个实施方式，阻光层被布置在相邻的微透镜之间，使得到达图像传感器的光必须穿过微透镜。由此，减少了到达图像传感器的可能干扰捕获的图像的杂散光的量。实际上，一些杂散光是可允许的，但是期望减少像素之间的光学“串扰”量。

根据本实用新型的一个实施方式，阻光层中的开口大于不透明层的开口。

根据本实用新型的一个实施方式，微透镜被配置成具有位于图像传感器的表面处的焦点。由此，来自生物特征对象的一部分的到达一个微透镜的反射光被聚焦到图像传感器上，在该图像传感器上可以捕获该反射光。

在另一实施方式中，微透镜可以被配置成具有位于孔径层的平面中的焦点，该孔径层位于图像传感器上或作为图像传感器的一部分并且直接在图像传感器的像素上方。

根据本实用新型的一个实施方式，不透明层中的开口的间距等于或大于图像传感器的像素的间距。对于不透明层中的开口的间距大于图像传感器的像素的间距的生物特征成像装置，像素的间距可以是开口的间距的倍数，使得在每个开口与对应像素之间存在对准。

根据本实用新型的一个实施方式，不透明层被布置成使得穿过一个微透镜的光仅到达一个像素。

还提供了一种电子装置，该电子装置包括：显示屏；以及根据上述实施方式中任一个的生物特征成像装置，其被布置在显示屏下方。由此，生物特征成像装置可以集成在显示面板中或集成在显示面板下方，使得可以在显示器的整个表面上进行生物特征成像。然后，显示器的像素将用作生物特征成像传感器的光源，使得从显示面板发出的光被与显示面板的外表面接触的生物特征对象反射并且朝向图像传感器反射回，在该图像传感器中，可以形成生物特征对象的图像。生物特征对象可以例如是指纹或掌纹。

在研究所附权利要求书和以下描述时，本实用新型的另外的特征以及优点将变得明显。本领域技术人员认识到，在不脱离本实用新型的范围的情况下，本实用新型的不同特征可以被组合以产生与下面所描述的实施方式不同的实施方式。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本实用新型的这些方面及其他方面，附图示出了本实用新型的示例实施方式，在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的生物特征成像系统；

图2示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的生物特征成像系统；以及

图3示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的生物特征成像系统。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参照适合在诸如智能电话、平板计算机等的消费装置的显示面板下方使用的指纹成像传感器来描述根据本实用新型的生物特征成像系统的各种实施方式。

图1示意性地示出了生物特征成像装置100的一部分。特别地，图1示出了生物特征成像装置100的一部分的截面，并且应当理解，成像装置进一步延伸以形成合适尺寸的成像装置。

生物特征成像装置100包括：图像传感器102，其进而包括形成光电检测器像素阵列的多个像素104；不透明层106，其包括位于与像素阵列的像素104对准的位置的开口108，其中，不透明层中的开口填充有被配置成阻挡预定波长范围内的光的透明材料110；透明间隔层112，其被布置在不透明层上；以及微透镜114的阵列，其被布置在透明间隔层112上，其中，微透镜114与不透明层106中的开口108对准。

透明材料110被配置成阻挡红外波长范围内的光，并且被称为IR截止材料。透明材料110可以例如被配置成阻挡具有高于大约570nm的波长的光，从而确保红外光不会到达图像传感器。

此外，IR截止材料110在此处是柱状的，这意味着透明材料110的高度可能大于直径，如图1所示。然而，也可以将不透明层中的开口形成为使得透明材料的厚度等于或小于开口的直径。在示例实施方式中，透明材料的高度在4μm至7μm的范围内，直径可以在6μm至10μm之间。

可以将IR截止柱通过金属掩模内的指定开孔阵列直接沉积在晶片上。在替选示例中，可以将IR截止材料沉积在整个晶片表面上，然后进行通过去除IR截止材料的未位于对应像素上方的部分进行的柱形成。围绕柱状的透明IR截止材料110的不透明层106可以通过以下操作来实现：将不透明材料沉积在已经置有IR截止柱的晶片上，然后蚀刻以在不透明层内形成具有指定尺寸的开口孔径。

生物特征成像装置100还可以包括本文中未描述的附加中间层，只要这些中间层足够透明以允许光在没有过多的损失的情况下从微透镜行进到图像传感器即可。

如图1进一步所示，生物特征成像装置包括阻光层120，该阻光层120包括位于微透镜114的位置处的开口122。不透明的掩模层120可以在微透镜114之前或之后被布置在透明间隔层112上。在任一种情况下，阻光层120的开口122的尺寸等于或小于微透镜114的尺寸。阻光层120还允许微透镜114稀疏地布置在微透镜阵列中，使得在相邻的微透镜114之间存在距离。

图1中所示的生物特征成像装置100还包括位于不透明层106与图像传感器102之间的孔径层116，孔径层116包括比不透明层106的开口小的开口118。孔径层可以由其中形成有图像传感器的CMOS芯片中的最顶部金属层形成。由此，可以在相同的制造过程中形成图像传感器102和孔径层116。

透明间隔层112由可以直接沉积在晶片上的透明聚合物材料制成。然而，也可以使用独立的透明固化膜或玻璃作为在其中装配微透镜的基板，并且然后将透明间隔层112与微透镜层压在包括IR截止柱110的不透明层106的顶部上。如果需要，则可以使用光学透明粘合剂OCA将成像装置的不同层附接在一起。

图2示意性地示出了生物特征成像装置200的一部分，其中不透明层106中的开口108小于图像传感器102的像素104。因此，在图像传感器上可能完全不需要孔径层，这可以简化制造过程并且使所描述的生物特征成像装置与不同类型的图像传感器兼容。此外，通过将不透明层中的开口的尺寸减小到小于像素，可以进一步减少光学串扰。

图3示意性地示出了生物特征成像装置300的一部分，其中不透明层106的厚度大于不透明层106的开口108中的透明材料110的高度，并且其中不透明层106覆盖透明材料110的一部分。由此，可以在形成不透明层期间例如通过以下操作来确定不透明层中的开口的尺寸：沉积覆盖透明材料的不透明层，然后蚀刻掉不透明层的一部分，使得形成期望尺寸的开口。

图2和图3的生物特征成像装置200的另外的特征与以上参考图1的生物特征成像装置100描述的特征类似。

虽然已经参考本实用新型的具体示例性实施方式描述了本实用新型，但是许多不同的变更、修改等对于本领域技术人员将变得明显。还应当注意，该装置的部分可以被省略、互换或以各种方式排列，该装置仍能够执行本实用新型的功能。

此外，根据对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的本实用新型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(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (16)

1.一种生物特征成像装置(100)，其特征在于，包括：

图像传感器(102)，其包括形成光电检测器像素阵列的多个像素(104)；

不透明层(106)，其包括位于与所述像素阵列的像素对准的位置的开口(108)，其中，所述不透明层中的开口填充有被配置成阻挡预定波长范围内的光的透明材料(110)；

透明间隔层(112)，其被布置在所述不透明层上；以及

微透镜(114)的阵列，其被布置在所述透明间隔层上，其中，所述微透镜与所述不透明层中的开口对准。

2.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述透明材料被配置成阻挡具有高于550nm的波长的光。

3.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述不透明层中的开口的尺寸与所述图像传感器中的像素的尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述不透明层中的开口小于所述微透镜的尺寸。

5.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述不透明层中的开口小于所述图像传感器中的像素的尺寸。

6.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述不透明层的厚度大于所述不透明层的开口中的所述透明材料的高度，并且所述不透明层覆盖所述透明材料的一部分。

7.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，还包括位于所述不透明层与所述图像传感器之间的孔径层(116)，所述孔径层包括比所述不透明层的开口小的开口(118)。

8.根据权利要求7所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述孔径层是所述图像传感器中的顶部金属层。

9.根据权利要求7所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述孔径层被布置在所述图像传感器上。

10.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，还包括位于相邻的微透镜之间的阻光层。

11.根据权利要求10所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述阻光层被布置在相邻的微透镜之间，使得到达所述图像传感器的光必须穿过微透镜。

12.根据权利要求11所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述阻光层中的开口大于所述不透明层的开口。

13.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述微透镜被配置成具有位于所述图像传感器的表面处的焦点。

14.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述不透明层中的开口的间距等于或大于所述图像传感器的像素的间距。

15.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其特征在于，所述不透明层被布置成使得穿过一个微透镜的光仅到达一个像素。

16.一种电子装置，其特征在于，包括：

显示屏；以及

根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其被布置在所述显示屏下方。

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